CN218328345U - 一种太阳能pvt、相变蓄能耦合热泵技术的三联供系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于太阳能技术领域，尤其是一种太阳能PVT、相变蓄能耦合热泵技术的三联供系统，包括太阳能PVT系统部分、相变储能系统部分、风冷热泵系统部分、生活热水系统部分、光电利用储存部分、系统控制调节部分。本实用新型转移、储存日间太阳能光伏广电，并利用系统优化匹配，冬季通过地板敷设实现室内采暖，夏季利用风冷热泵系统，末端采用风机盘管实现供冷，全年利用太阳能实现供给生活热水，去年系统消耗电能来自太阳能广电，同时利用相变储能技术不但满足冬季采暖需求，同时满足去年生活热水热源的储备，以实现全年建筑对绿色可再生能源的高效利用，推动北方地区清洁能源采暖，缓解目前冬季燃煤采暖对环境的影响。

Description

一种太阳能PVT、相变蓄能耦合热泵技术的三联供系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种太阳能PVT、相变蓄能耦合热泵技术的三联供系统。

背景技术

冬季煤采暖不仅大量消耗不可再生能源，而且对环境产生不可修复的环境污染，太阳能作为一种分布广泛的清洁化能源可替代一次能源用于供暖，农村地区冬季取暖能耗占到生活消费用能的80％。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种太阳能PVT、相变蓄能耦合热泵技术的三联供系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种太阳能PVT、相变蓄能耦合热泵技术的三联供系统，包括太阳能PVT系统部分、相变储能系统部分、风冷热泵系统部分、生活热水系统部分、光电利用储存部分、系统控制调节部分，所述太阳能 PVT系统部分由太阳能PVT板、太阳能循环泵、中间储热热水箱、乙二醇稳压补液箱以及循环管路组成，所述相变储能系统部分由太阳能光热蓄能泵、中间储热热水箱、开关型电动阀门以及系统管路组成，所述风冷热泵系统部分由风冷热泵、系统循环泵、缓冲水箱、膨胀罐、开关型电动阀门和调节性电动阀门以及系统管路组成，所述生活热水系统部分由热水循环泵、中间储热热水箱、安全阀、防抽瘪阀、调温型混水阀以及系统管路组成，所述系统控制调节部分包括太阳能光热集热模块、太阳能蓄能模块、风冷热泵系统、生活热水系统。

优选的，所述太阳能PVT系统部分采用液冷型，太阳能PVT系统部分采用25％乙二醇溶液作为液冷剂，太阳能PVT系统最高点设置乙二醇稳压补液箱，太阳能PVT系统部分通过循环管路与乙二醇稳压补液箱形成独立循环；所述中间储热热水箱通过循环管路与太阳能PVT 系统部分密闭相连，中间储热热水箱内壁设置搪瓷，同时设置电加热棒，防抽瘪阀，安全阀。

优选的，所述相变储能系统部分采用密闭不锈钢槽封装相变材料，内置不锈钢薄壁不锈钢管制作的螺旋式换热盘管，外设翅片作为增强换热措施，相变储能系统部分顶部相变材料充注口灌注相变材料，相变材料分为高温型，高温型的相变温度在70-80℃之间，选用的是无机类相变复合材料，相变温度为78℃，地板辐射采暖温度在 40-45℃之间。

优选的，所述风冷热泵系统部分利用光电做驱动力，所述缓冲水箱设电加热棒。

优选的，所述光电利用储存部分采用离网式，光电利用储存部分设置有配电柜，配电柜主要包括光伏电池、蓄电池、逆变器和控制器，配电柜设置双回路供电，一路接至电网。

优选的，所述太阳能光热蓄能泵采用温差循环。

本实用新型中，所述一种太阳能PVT、相变蓄能耦合热泵技术的三联供系统，与现有技术相比，具有以下优点：

1、太阳能PVT系统充分利用了太阳能光伏和光电两种形式，光热部分主要为集热器，将太阳能转换为热能，同时使用热循环机制，冷却太阳电池，提高光电转换效率，更高效地利用太阳热能，PVT系统具有很多经济性优势。

2、相变储能系统所选用的高温型的相变温度在70-80℃之间，选用的是无机类相变复合材料，相变温度约在78℃，地板辐射采暖温度一般在40-45℃之间，其房间室内温度一般在18℃，其三者时间均存在较大温差，其生活热水的供给温度在50℃左右，确保其良好换热效果和蓄能能力，有效提升了一个需能和释能的利用效率和系统整体的运行能效。

3、相变储能系统采用密闭不锈钢槽封装相变材料，内置不锈钢薄壁不锈钢管制作的螺旋式换热盘管，外设翅片作为增强换热措施，竖向立式设置，形成竖向垂直梯度，蓄能时，高温热风从换热盘管底部进入，高温介质优先加热下部材料，顶部相对温度较低，形成竖向温度梯度，螺旋盘管内部相变材料有向上驱动力，外围有线下驱动力，形成对流换热，进一步强化换热；释能时，换热介质从顶部进入，持续经过下部高温区，有效充分换热，确保介质温度恒定。

4、系统控制调节部分根据通过PLC控制调节系统，实现系统各个部分的优化组合，高效运行，精准做到系统蓄能、释能、联合供暖以及在各个阶段之间的自动切换功能。

本实用新型转移、储存日间太阳能光伏广电，并利用系统优化匹配，冬季通过地板敷设实现室内采暖，夏季利用风冷热泵系统，末端采用风机盘管实现供冷，全年利用太阳能实现供给生活热水，去年系统消耗电能来自太阳能广电，同时利用相变储能技术不但满足冬季采暖需求，同时满足去年生活热水热源的储备，以实现全年建筑对绿色可再生能源的高效利用，推动北方地区清洁能源采暖，缓解目前冬季燃煤采暖对环境的影响，也极大提升夏季的生活品质，减少对不可再生能源的消耗。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种太阳能PVT、相变蓄能耦合热泵技术的三联供系统的示意图。

图中：1太阳能PVT板、2太阳能循环泵、3中间储热热水箱、4 乙二醇稳压补液箱、5太阳能光热蓄能泵、6风冷热泵、7系统循环泵、8缓冲水箱、9膨胀罐、10热水循环泵、11防抽瘪阀、12调温型混水阀、13配电柜、14蓄电池、15逆变器、16控制器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1，一种太阳能PVT、相变蓄能耦合热泵技术的三联供系统，包括太阳能PVT系统部分、相变储能系统部分、风冷热泵系统部分、生活热水系统部分、光电利用储存部分、系统控制调节部分，太阳能PVT系统部分由太阳能PVT板1、太阳能循环泵2、中间储热热水箱3、乙二醇稳压补液箱4以及循环管路组成，通过阀门控制可以实现白天利用太阳能光热进行热交换，相变储能系统部分由太阳能光热蓄能泵5、中间储热热水箱3、开关型电动阀门以及系统管路组成，主要是实现白天对相变储能装置进行储能，风冷热泵系统部分由风冷热泵6、系统循环泵7、缓冲水箱8、膨胀罐9、开关型电动阀门和调节性电动阀门以及系统管路组成，主要是利用太阳能光电制取热水和冷水，达到冬季供暖和夏季制冷目的，生活热水系统部分由热水循环泵10、中间储热热水箱3、安全阀、防抽瘪阀11、调温型混水阀12 以及系统管路组成，系统控制调节部分包括太阳能光热集热模块、太阳能蓄能模块、风冷热泵系统、生活热水系统，主要分为检测、监控整个装置。

本实用新型中，太阳能PVT系统部分采用液冷型，此系统光伏和光热结合在一起，可实现较高的太阳能利用率，太阳能PVT系统部分采用25％乙二醇溶液作为液冷剂，满足冬季系统防冻，太阳能PVT系统最高点设置乙二醇稳压补液箱4，太阳能PVT系统部分通过循环管路与乙二醇稳压补液箱4形成独立循环；中间储热热水箱3通过循环管路与太阳能PVT系统部分密闭相连，与水箱内生活热水完全分开，中间储热热水箱3内壁设置搪瓷，同时设置电加热棒，防抽瘪阀11，安全阀。

本实用新型中，相变储能系统部分采用密闭不锈钢槽封装相变材料，内置不锈钢薄壁不锈钢管制作的螺旋式换热盘管，外设翅片作为增强换热措施，相变储能系统部分顶部相变材料充注口灌注相变材料，相变材料分为高温型，高温型的相变温度在70-80℃之间，选用的是无机类相变复合材料，相变温度为78℃，地板辐射采暖温度在40-45℃之间，其房间室内温度一般在18℃，其三者时间均存在较大温差，其生活热水的供给温度在50℃，确保其良好换热效果和蓄能能力。相变储能部分，在白天蓄能时，利用太阳能单独蓄能，冬季蓄能满足采暖需求，去年可以满足生活热水的储备热源。

本实用新型中，风冷热泵系统部分利用光电做驱动力，满足冬季采暖和夏季制冷需要，利用控制系统高效运行，系统设置缓冲水箱，有效增加系统水容量，减少主机频繁启停，同时在缓冲水箱设电加热棒，可以利用光电在主机出现故障时，保证系统低温运行。

本实用新型中，生活热水系统部分，利用中间储热热水箱设置系统循环泵，使其末端用水点一直保持有热水。

本实用新型中，光电利用储存部分采用离网式，通过设置的配电柜为系统提供所需电能，光电利用储存部分设置有配电柜13，配电柜13主要包括光伏电池、蓄电池14、逆变器15和控制器16，配电柜13设置双回路供电，一路接至电网。

本实用新型中，系统控制调节部分，通过PLC控制调节系统，实现系统蓄能、释能、联合供暖以及在各个阶段之间的自动切换功能。

本实用新型中，太阳能光热蓄能泵采用温差循环，当T1-T2≥7℃且T1>40℃时(可调)，启动TY-1-太阳能循环泵。当T1-T2≤3℃时 (可调)，停止运行集热器循环泵，中间储热热水箱为承压式，无须人工上水，自来水自动补水，中间储热热水箱设高温保护：当T2≥ 90℃时，启动高温保护，集热器端循环泵停止运行，以保护系统；

太阳能蓄能模块，主要检测蓄能箱相变材料温度T3小于78℃且T2-T3大于3℃时，启动XNB-1-太阳能光热蓄能泵，开启KG-1、2、7、 8，关闭KG-3、5，进行蓄能，当相变材料温度T3大于80℃且T2-T3 小于3℃时，表示蓄能箱完成蓄能；

风冷热泵系统：室内温控面板设定室内温度T5(根据季节可调，冬季18℃，夏季26℃)，冬季T5低于18℃，或夏季T5高于26℃，运行XTB-1-系统循环泵、风冷热泵，仅当风冷热泵故障停机时，启动缓冲水箱内电加热棒进行加热，其余电动阀门的调节根据运行策略，逻辑关系，优化调整，做到了持续、高效能的运行；

生活热水系统：当T2温度小于30℃时，开启中间储热热水箱电加热棒，RXB-1-热水循环泵运行，根据季节调整调温混水阀温度。

本实用新型的工作过程如下：

以24h完成一个相变过程为例；

冬季供暖过程：供暖系统在PLC智能控制器控制，将整个过程分为夜间释能供暖、日间蓄能、供暖工况，主要采用供暖形式为地板辐射采暖。

(1)夜间释能、供暖工况：

时间在17：00—次日9：00(时间可调)，系统消耗电能以蓄电池电能为主，以电网电源为备用；

当T2大于60℃且T3大于80℃，开启KG-1、2、3、4、5，关闭 KG-6、7，运行XTB-1-系统循环泵，根据T4(可调，冬季一般设定 40—45℃)，根据T2温度，控制系统调节调节阀门TJ-1、2的开度；

当T2等于小于60℃且T3大于80℃，开启KG-6、7、3、4、5，关闭KG-1、2，运行XTB-1-系统循环泵，根据T4(可调，冬季一般设定40—45℃)，根据T2温度，控制系统调节调节阀门TJ-1、2的开度；

以上运行工况中，控制系统根据室内设定温度T5，控制XTB-1- 系统循环泵做变频运行；

当T2等于小于60℃且T3小于78℃，开启KG-4、5以及TJ-2，关闭KG-1、2、3、6、7以及TJ-1，运行XTB-1-系统循环泵，运行风冷热泵，根据T4(可调，冬季一般设定40—45℃)，以及室内温度设定T5,风冷热泵主机调整运行效率，XTB-1-系统循环泵做工频运行；

(2)日间蓄能、供暖工况：

时间在9：00—17：00(时间可调),系统消耗电能以太阳能光伏为主，不足部分用蓄电池电能；

开启KG-4、5以及TJ-2，关闭KG-1、2、3、6、7以及TJ-1，运行XTB-1-系统循环泵，运行风冷热泵，根据T4(可调，冬季一般设定40—45℃)，以及室内温度设定T5,风冷热泵主机调整运行效率， XTB-1-系统循环泵做工频运行；

当T1-T2≥7℃且T1>40℃时(可调)T2小于60℃，启动XNB-1- 太阳能光热蓄能泵，当T1-T2≤3℃时(可调)，停止运行集热器循环泵，当T2≥90℃时，启动高温保护，集热器端循环泵停止运行，以保护系统；

当T2≥80℃(可调)且T3小于78℃时，开启KG-1、2、6、7，关闭KG-3以及TJ-1,启动TY-1-太阳能循环泵，进行相变储能装置蓄能；

当T2大于60℃且T3大于80℃，开启KG-1、2、3、4、5，关闭 KG-6、7，运行XTB-1-系统循环泵，根据T4(可调，冬季一般设定 40—45℃)，根据T2温度，控制系统调节调节阀门TJ-1、2的开度；

夏季制冷过程：制冷系统在PLC智能控制器控制，将整个过程分为太阳光热加热储能，风冷热泵系统制冷，主要采用供冷形式为风机盘管；

(1)夜间释能、供冷工况：

时间在17：00—次日9：00(时间可调)，系统消耗电能以蓄电池电能为主，以电网电源为备用；

开启KG-4、5以及TJ-2，关闭KG-1、2、3、6、7以及TJ-1，运行XTB-1-系统循环泵，运行风冷热泵，根据T4(可调，夏季一般设定7—12℃)，以及室内温度设定T5,风冷热泵主机调整运行效率， XTB-1-系统循环泵做工频运行；

当T2小于35℃(可调)且T3大于78℃时，开启KG-1、2、6、 7，关闭KG-3以及TJ-1,启动TY-1-太阳能循环泵，为中间储热热水箱进行热水加热，若当T2小于35℃(可调)且T3小于78℃时，启动中间储热热水箱电加热棒进行热水加热；

(2)日间蓄能、供冷工况：

时间在9：00—17：00(时间可调),系统消耗电能以太阳能光伏为主，不足部分用蓄电池电能；

开启KG-4、5以及TJ-2，关闭KG-1、2、3、6、7以及TJ-1，运行XTB-1-系统循环泵，运行风冷热泵，根据T4(可调，夏季一般设定7—12℃)，以及室内温度设定T5,风冷热泵主机调整运行效率， XTB-1-系统循环泵做工频运行；

当T1-T2≥7℃且T1>40℃时(可调)T2小于60℃，启动XNB-1- 太阳能光热蓄能泵，当T1-T2≤3℃时(可调)，停止运行集热器循环泵，当T2≥90℃时，启动高温保护，集热器端循环泵停止运行，以保护系统；

当T2≥80℃(可调)且T3小于78℃时，开启KG-1、2、6、7，关闭KG-3以及TJ-1,启动TY-1-太阳能循环泵，进行相变储能装置蓄能；

生活热水系统在运行中，中间储热热水箱为承压式，无须人工上水，自来水自动补水，中间储热热水箱存在高温水状态，系统管路设置调温型混水阀，可以根据季节调整混水后温度。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，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揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种太阳能PVT、相变蓄能耦合热泵技术的三联供系统，其特征在于，包括太阳能PVT系统部分、相变储能系统部分、风冷热泵系统部分、生活热水系统部分、光电利用储存部分、系统控制调节部分，所述太阳能PVT系统部分由太阳能PVT板(1)、太阳能循环泵(2)、中间储热热水箱(3)、乙二醇稳压补液箱(4)以及循环管路组成，所述相变储能系统部分由太阳能光热蓄能泵(5)、中间储热热水箱(3)、开关型电动阀门以及系统管路组成，所述风冷热泵系统部分由风冷热泵(6)、系统循环泵(7)、缓冲水箱(8)、膨胀罐(9)、开关型电动阀门和调节性电动阀门以及系统管路组成，所述生活热水系统部分由热水循环泵(10)、中间储热热水箱(3)、安全阀、防抽瘪阀(11)、调温型混水阀(12)以及系统管路组成，所述系统控制调节部分包括太阳能光热集热模块、太阳能蓄能模块、风冷热泵系统、生活热水系统，所述太阳能PVT系统部分采用液冷型，太阳能PVT系统部分采用25％乙二醇溶液作为液冷剂，太阳能PVT系统最高点设置乙二醇稳压补液箱(4)，太阳能PVT系统部分通过循环管路与乙二醇稳压补液箱(4)形成独立循环；所述中间储热热水箱(3)通过循环管路与太阳能PVT系统部分密闭相连，中间储热热水箱(3)内壁设置搪瓷，同时设置电加热棒，防抽瘪阀(11)，安全阀。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能PVT、相变蓄能耦合热泵技术的三联供系统，其特征在于，所述相变储能系统部分采用密闭不锈钢槽封装相变材料，内置不锈钢薄壁不锈钢管制作的螺旋式换热盘管，外设翅片作为增强换热措施，相变储能系统部分顶部相变材料充注口灌注相变材料，相变材料分为高温型，高温型的相变温度在70-80℃之间，选用的是无机类相变复合材料，相变温度为78℃，地板辐射采暖温度在40-45℃之间。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能PVT、相变蓄能耦合热泵技术的三联供系统，其特征在于，所述风冷热泵系统部分利用光电做驱动力，所述缓冲水箱设电加热棒。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能PVT、相变蓄能耦合热泵技术的三联供系统，其特征在于，所述光电利用储存部分采用离网式，光电利用储存部分设置有配电柜(13)，配电柜(13)主要包括光伏电池、蓄电池(14)、逆变器(15)和控制器(16)，配电柜(13)设置双回路供电，一路接至电网。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能PVT、相变蓄能耦合热泵技术的三联供系统，其特征在于，所述太阳能光热蓄能泵(5)采用温差循环。

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