CN218001616U - 一种pv/t-空气源热泵冷热电联供系统 - Google Patents
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Abstract
一种PV/T‑空气源热泵冷热电联供系统，属于太阳能及空气能应用领域。系统包括热源侧组件、用户侧组件和双源复合热泵。热源侧组件设置集热水箱，水管路上并联太阳能集热支路、集热水箱支路、集热水箱补水支路、集热水箱供暖支路；用户侧组件包括用户供热支路和用户供热末端；双源复合热泵设置水侧蒸发器支路和空气侧蒸发器支路。该系统具有灵活调节、结构紧凑、安全可靠的优点。通过水路和制冷剂支路的配合切换，该系统可实现太阳能集热、太阳能集热水箱直接供暖、太阳能集热器联合仅开启水侧蒸发器的热泵机组供暖、仅空气侧蒸发器开启的热泵机组直接供暖、热泵制冷（风冷散热）模式、热泵制冷（水冷散热）模式。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能和空气能综合能量利用领域，尤其涉及太阳能和空气能冷热电联供技术。
背景技术
通过构建多能融合、互补利用的能源系统，实现对可再生能源的优化配置、连续供能以及高效低成本的利用，符合能源系统向低碳、多元、高效、可持续转型的大趋势。太阳能是一种清洁、高效的可再生能源，光伏光热一体化（PV/T）技术是利用空气、水或者制冷剂等介质带走光伏电池吸收太阳辐射而转换成的热量，使其温度降低，从而提高光伏电池的发电效率，提高太阳能综合利用效率。
现有技术中，技术之一是通过太阳能集热器和热泵系统的并联同时加热一个蓄热水箱。当白天辐射较强时，利用太阳能进行加热；当白天辐射强度较弱、水箱温度未达到要求温度时，采用空气源热泵机组对水箱进行加热。但该系统存在以下问题：1）无法实现冷热电联供；2）当白天太阳辐射较弱时，太阳能集热器对水箱的加热量不足，若水箱温度大于环境温度时则使用空气源热泵机组对水箱进行加热，会导致热泵COP较低。
现有技术中缺乏一种PV/T-空气源热泵冷热电联供系统，能够在供暖季将太阳能和空气能高效低成本的转换成热量和电能，而夏季可以在制冷的同时提供热水。并且在降低光伏背板温度的同时提高光伏发电效率。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种PV/T-空气源热泵冷热电联供系统。
本实用新型是一种PV/T-空气源热泵冷热电联供系统，包含热源侧组件1、用户侧组件2和双源热泵机组3，热源侧组件1包括水管路上并联的太阳能集热支路11、集热水箱支路12、集热水箱补水支路13、集热水箱供暖支路14；太阳能集热支路11上设置光伏光热一体化组件113；
光伏光热一体化组件113一端连接第一阀门111，另一端连接第二阀门112；集热水箱支路12上设置集热水箱121，集热水箱121出口连接第三阀门122，并设置循环水泵123，循环水泵123与第二阀门112连接；集热水箱补水支路13通过第八阀门131与集热水箱121连接；集热水箱供暖支路14上设置第四阀门21、供热/制冷循环泵23、第五阀门27；
用户侧组件2包括用户供热/制冷支路24和用户供热末端装置25；用户供热/制冷支路24上设置第六阀门22、第七阀门26、供热/制冷循环泵23；用户供热末端装置25为地暖盘管，或者风机盘管，或者轨道加温管，或者暖气片中的一种或多种型式的组合；
双源热泵机组3并联设置的水侧蒸发器支路31、空气侧蒸发器支路32、水冷冷凝器33；水侧蒸发器支路31上设置水侧蒸发器311、第一电磁阀312和第一膨胀阀313；空气侧蒸发器支路32上设置空气侧蒸发器321、第二电磁阀322和第二膨胀阀323；水冷冷凝器33的制冷剂管道进口连接四通换向阀35，制冷剂管道出口分别连接第一电磁阀312和第二电磁阀322；压缩机34分别和水侧蒸发器311及空气侧蒸发器321连接；第一膨胀阀313和第一电磁阀312及水侧蒸发器311连接；第二膨胀阀323分别与第二电磁阀322及空气侧蒸发器321连接；
光伏组件电路输出支路4上设置逆控一体机41和蓄电池42，和系统中或用户中直流负载和交流负载相连接。
本实用新型的有益效果是：（1）本实用新型通过将光伏光热一体化组件和双源热泵机组进行巧妙结合，在供暖季将太阳能和空气能高效低成本的转换成热量和电能，而夏季可以在制冷的同时提供热水。通过六种模式的灵活切换，保证系统的效率稳定在较高水平，提高了太阳能利用率和供热保障率。
（2）根据集热水箱的温度以及用户需求，控制双源热泵机组开启和关闭，当运行第1、第2、第3、第5、第6种运行模式时集热水箱吸收PV/T转换的热量，以此降低光伏背板温度，提升光伏发电效率和太阳能综合利用率。
（3）在夏季时，热泵机组通过转变四通换向阀方向进行制冷，有风冷散热和水冷散热两种方式，且制冷的同时系统也能够提供热水。
附图说明
图1为本实用新型的PV/T-空气源热泵冷热电联供系统示意图，其中，1-热源侧组件；11-太阳能集热支路；12-集热水箱支路；13-集热水箱补水支路；14-集热水箱供暖支路；113-光伏光热一体化组件；111-第一阀门；112-第二阀门；121-集热水箱；122-第三阀门；123-循环水泵；2-用户侧组件；131-第八阀门；24-用户供热/制冷支路；25-用户供热末端装置；22-第六阀门；26-第七阀门；21-第四阀门；27-第五阀门；23-供热/制冷循环泵；3-双源热泵机组；31-水侧蒸发器支路；32-空气侧蒸发器支路；33-水冷冷凝器；312-第一电磁阀；313-第一膨胀阀；322-第二电磁阀；323-第二膨胀阀；34-压缩机；35-四通换向阀；4-光伏组件电路输出支路；41-逆控一体机；42-蓄电池。
具体实施方式
为保证本领域技术人员更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施方式对本实用新型做进一步阐述。本实用新型提供一种PV/T-空气源热泵冷热电联供系统，如图1所示，包括：热源侧组件1、用户侧组件2和双源热泵机组3。
热源侧组件1包括水管路上并联的太阳能集热支路11、集热水箱支路12、集热水箱补水支路13、集热水箱供暖支路14；太阳能集热支路11上设置光伏光热一体化组件113。光伏光热一体化组件113一端连接第一阀门111，另一端连接第二阀门112；集热水箱支路12上设置集热水箱121，集热水箱121出口连接第三阀门122，并设置循环水泵123，循环水泵123与第二阀门112连接；集热水箱补水支路13通过第八阀门131与集热水箱121连接；集热水箱供暖支路14上设置第四阀门21、供热/制冷循环泵23、第五阀门27。
用户侧组件2包括用户供热/制冷支路24和用户供热末端装置25；用户供热/制冷支路24上设置第六阀门22、第七阀门26、供热/制冷循环泵23；用户供热末端装置25为地暖盘管，或者风机盘管，或者轨道加温管，或者暖气片中的一种或多种型式的组合。
双源热泵机组3并联设置的水侧蒸发器支路31、空气侧蒸发器支路32、水冷冷凝器33；水侧蒸发器支路31上设置水侧蒸发器311、第一电磁阀312和第一膨胀阀313；空气侧蒸发器支路32上设置空气侧蒸发器321、第二电磁阀322和第二膨胀阀323；水冷冷凝器33的制冷剂管道进口连接四通换向阀35，制冷剂管道出口分别连接第一电磁阀312和第二电磁阀322；压缩机34分别和水侧蒸发器311及空气侧蒸发器321连接；第一膨胀阀313和第一电磁阀312及水侧蒸发器311连接；第二膨胀阀323分别与第二电磁阀322及空气侧蒸发器321连接。
光伏组件电路输出支路4上设置逆控一体机41和蓄电池42，和系统中或用户中直流负载和交流负载相连接。
光伏光热一体化组件113包含微通道集热器，微通道集热器为平板微热管式集热器，或者铜管-水集热器，光伏电池片采用多晶硅，或者单晶硅电池作为发电单元。光伏光热一体化组件113产生的电能既能使用逆控一体机储存到蓄电池或者用户的用电设备中，也能直接接入热泵机组，形成光伏直驱式热泵机组。
用户供热末端装置25为地暖盘管，或者风机盘管，或者轨道加温管，或者暖气片中的一种或多种型式的组合。
热泵机组包含第一膨胀阀313和第二膨胀阀323，第一膨胀阀313控制水侧蒸发器311的制冷剂流量，第二膨胀阀323控制空气侧蒸发器321的制冷剂流量。
本实用新型还提供了PV/T-空气源热泵冷热电联供系统的运行方法，根据太阳辐射强度、有无供热或制冷需求、室外环境温度、水箱温度，系统能运行六种模式。
如图1所示，当白天辐射较强、无供热需求时、且集热水箱温度低于环境温度和光伏光热组件背板温度时，运行太阳能集热模式：此时第四阀门21、第五阀门27、第六阀门22、第七阀门26、第八阀门131关闭，开启第一阀门111、第二阀门112、第三阀门122；循环水泵123运行，用户侧供热/制冷循环泵23关闭，双源热泵机组3停止工作，循环介质从光伏光热一体化组件113获得热量后储存到集热水箱121中。
如图1所示，当集热水箱温度较高大于直接供暖设定温度、有供热需求时，运行太阳能集热水箱直接供暖模式：此时第六阀门22、第七阀门26关闭，开启第一阀门111、第二阀门112、第三阀门122、第四阀门21、第五阀门27；双源热泵机组3停止工作，循环水泵123运行，循环介质从光伏光热一体化组件113获得热量后储存到集热水箱121中，用户侧供热/制冷循环泵23运行，将热量通过用户供热末端装置25传递到室内。
如图1所示，当白天辐射较弱、集热水箱温度大于环境温度但是小于直接供暖设定温度、有供热需求时，运行太阳能集热器联合仅开启水侧蒸发器的热泵机组供暖模式：此时第四阀门21、第五阀门27关闭，开启第一阀门111、第二阀门112、第三阀门122、第六阀门22、第七阀门26；用户侧供热/制冷循环泵23运行，循环水泵123运行，双源热泵机组3中第一电磁阀312打开，第一膨胀阀313和压缩机34运行，双源热泵机组3工作于水侧蒸发器的模式；双源热泵机组3的水侧蒸发器311从集热水箱121中吸热，在水冷冷凝器33中放热，并将热量通过用户供热末端装置25传递到室内。
如图1所示，当白天辐射很弱、集热水箱温度很低无法满足第2和第3种模式运行、有供热需求时，运行仅空气侧蒸发器开启的热泵机组直接供暖模式：此时第一阀门111、第二阀门112、第三阀门122、第四阀门21、第五阀门27关闭，开启第六阀门22、第七阀门26；用户侧供热/制冷循环泵23运行，双源热泵机组3中第二电磁阀322打开，第二膨胀阀323和压缩机34运行，双源热泵机组3工作于空气侧蒸发器的模式；双源热泵机组3的空气侧蒸发器321从环境中吸热，在水冷冷凝器33中放热，将热量通过用户供热末端装置25传递到室内。
如图1所示，当有制冷需求、热水需求时，运行太阳能集热和热泵制冷（风冷散热）模式：此时第四阀门21、第五阀门27关闭，开启第一阀门111、第二阀门112、第三阀门122、第六阀门22、第七阀门26；循环水泵123运行，循环介质从光伏光热一体化组件113获得热量后储存到集热水箱121中；双源热泵机组3通过四通换向阀35改变制冷剂流向，蒸发器33吸收室内热量降低温度，第二电磁阀322打开，压缩机34和第二膨胀阀323运行，通过空气侧冷凝器321将热量散到环境中。
如图1所示，当太阳辐射较弱、但有制冷需求、热水需求时，运行太阳能集热和热泵制冷（水冷散热）模式：此时第四阀门21、第五阀门27关闭，开启第一阀门111、第二阀门112、第三阀门122、第六阀门22、第七阀门26；循环水泵123运行，循环介质从光伏光热一体化组件113获得热量后集中到集热水箱121中；双源热泵机组3通过四通换向阀35改变制冷剂流向，蒸发器33吸收室内热量降低温度，第一电磁阀312打开，压缩机34和第一膨胀阀313运行，通过水侧冷凝器311将热量传递到水箱中。
以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种PV/T-空气源热泵冷热电联供系统，包含热源侧组件（1）、用户侧组件（2）和双源热泵机组（3），其特征在于热源侧组件（1）包括水管路上并联的太阳能集热支路（11）、集热水箱支路（12）、集热水箱补水支路（13）、集热水箱供暖支路（14）；太阳能集热支路（11）上设置光伏光热一体化组件（113）；
光伏光热一体化组件（113）一端连接第一阀门（111），另一端连接第二阀门（112）；集热水箱支路（12）上设置集热水箱（121），集热水箱（121）出口连接第三阀门（122），并设置循环水泵（123），循环水泵（123）与第二阀门（112）连接；集热水箱补水支路（13）通过第八阀门（131）与集热水箱（121）连接；集热水箱供暖支路（14）上设置第四阀门（21）、供热/制冷循环泵（23）、第五阀门（27）；
用户侧组件（2）包括用户供热/制冷支路（24）和用户供热末端装置（25）；用户供热/制冷支路（24）上设置第六阀门（22）、第七阀门（26）、供热/制冷循环泵（23）；用户供热末端装置（25）为地暖盘管，或者风机盘管，或者轨道加温管，或者暖气片中的一种或多种型式的组合；
双源热泵机组（3）并联设置的水侧蒸发器支路（31）、空气侧蒸发器支路（32）、水冷冷凝器（33）；水侧蒸发器支路（31）上设置水侧蒸发器（311）、第一电磁阀（312）和第一膨胀阀（313）；空气侧蒸发器支路（32）上设置空气侧蒸发器（321）、第二电磁阀（322）和第二膨胀阀（323）；水冷冷凝器（33）的制冷剂管道进口连接四通换向阀（35），制冷剂管道出口分别连接第一电磁阀（312）和第二电磁阀（322）；压缩机（34）分别和水侧蒸发器（311）及空气侧蒸发器（321）连接；第一膨胀阀（313）和第一电磁阀（312）及水侧蒸发器（311）连接；第二膨胀阀（323）分别与第二电磁阀（322）及空气侧蒸发器（321）连接；
光伏组件电路输出支路（4）上设置逆控一体机（41）和蓄电池（42），和系统中或用户中直流负载和交流负载相连接。
2.根据权利要求1所述的PV/T-空气源热泵冷热电联供系统，其特征是，光伏光热一体化组件（113）包含微通道集热器，微通道集热器为平板微热管式集热器，或者铜管-水集热器，光伏电池片采用多晶硅，或者单晶硅电池作为发电单元。
3.根据权利要求1所述的PV/T-空气源热泵冷热电联供系统，其特征是，光伏光热一体化组件（113）产生的电能既能使用逆控一体机储存到蓄电池或者用户的用电设备中，也能直接接入热泵机组，形成光伏直驱式热泵机组。
4.根据权利要求1所述的PV/T-空气源热泵冷热电联供系统，其特征是，用户供热末端装置（25）为地暖盘管，或者风机盘管，或者轨道加温管，或者暖气片中的一种或多种型式的组合。
5.根据权利要求1所述的PV/T-空气源热泵冷热电联供系统，其特征是，热泵机组包含第一膨胀阀（313）和第二膨胀阀（323），第一膨胀阀（313）控制水侧蒸发器（311）的制冷剂流量，第二膨胀阀（323）控制空气侧蒸发器（321）的制冷剂流量。
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