CN219756492U - 基于分布式光伏的多能联供系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了基于分布式光伏的多能联供系统，包括太阳能光伏板，太阳能光伏板产生的电能分三路线缆输出，第一路线缆接户内用电设备；第二路线缆接入生活热水水箱；第三路线缆接入供暖热水循环水箱；供暖热水循环水箱接入跨季节储热装置并形成循环管路。分布式光伏发电系统所发电力优先用于用电设备，而在发电高峰用电设备有电力剩余或非用电时段，分布式光伏发电系统所发电力还可用于加热设置的生活热水水箱及供暖热水水箱，在用于加热供暖热水水箱的同时，在非供暖季，热量还可以存储在跨季节储热装置内，实现跨季节储能，而在供暖季时，将地下岩土体中的热量提取出来，用于供暖，实现地下岩土体的冷热平衡，极大地提高了能源的利用率。
Description
技术领域
本实用新型属于光伏能源应用领域，具体涉及基于分布式光伏的多能联供系统。
背景技术
户用分布式光伏发电具有清洁高效、分散布局、就近利用的优势，并能充分利用当地太阳能资源，替代和减少化石能源消费。目前户均可安装屋顶光伏10～30千瓦，农村地区实际可利用的屋顶总安装量巨大。对于大多数分布式发电的用户来说，选择“自发自用、余电上网”是最理想的模式。但分布式光伏电站受到天气影响，导致发电不稳定，为了保证自身电网不受到冲击，供电部门审核比较严，因此很难实现余电上网，此外，户用基本还需安装蓄能装置，存在投资较大、太阳能利用效率低的问题。
北方地区冬季供暖需要消耗大量的能源，特别是对室外供暖温度低于-10℃及以下的地区，空气源热泵等设备效率很低，生产热水温度较低，不得已采用电供暖或燃气、燃煤供暖。而如果将户用光伏发电系统与供暖、供热水结合，以户为单位，实现供电、供暖、供热水自给自足，将极大减少化石能源消耗，提高了能源的利用率，减少环境污染。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供基于分布式光伏的多能联供系统，以克服上述技术缺陷。
为解决上述技术问题，本实用新型提供了基于分布式光伏的多能联供系统，包括太阳能光伏板，太阳能光伏板产生的电能分三路线缆输出，第一路线缆接户内用电设备和/或上网；第二路线缆接入生活热水水箱，生活热水水箱接户内热水设备；第三路线缆接入供暖热水循环水箱；
供暖热水循环水箱接入跨季节储热装置并形成循环管路。
跨季节储热装置包括地埋管换热器，地埋管换热器通过入口管路接入供暖热水循环水箱，供暖热水循环水箱通过出口管路接入地埋管换热器；
入口管路安装有阀门V1；
出口管路安装有阀门V2和放热过程循环水泵。
供暖热水循环水箱和地埋管换热器之间的入口管路通过旁通管路接入地源热泵，按照介质流向，在旁通管路安装有阀门V3和取热过程循环泵，地源热泵的出口通过带有阀门V4的管路接入地埋管换热器；
其中地源热泵接室内供暖设备。
供暖热水循环水箱和生活热水水箱的箱内均置有电加热器。
基于分布式光伏的多能联供系统还包括两个空气源热泵，其中一个空气源热泵与供暖热水循环水箱通过管线形成循环回路，另外一个空气源热泵与生活热水水箱通过管线形成循环回路。
本实用新型的有益效果如下：
(1)分布式光伏发电系统所发电力优先用于户内用电设备，而在发电高峰户内用电设备有电力剩余或非用电时段，分布式光伏发电系统所发电力还可用于加热设置的生活热水水箱及供暖热水水箱，实现了供电、供暖、供热水自给自足，不足部分由电网补充，实现荷随源变、有效消纳、不弃光，使户用设备全部实现电气化。
(2)分布式光伏发电系统所发电力在用于加热供暖热水水箱的同时，在非供暖季，热量还可以存储在跨季节储热装置内，实现跨季节储能，而在供暖季时，将地下岩土体中的热量提取出来，作为水源热泵的低温热源，用于供暖，实现地下岩土体的冷热平衡，极大地提高了能源的利用率，基本实现全部可再生能源供暖，部分实现家用设备可再生能源利用。
为让本实用新型的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1是基于分布式光伏的多能联供系统的示意图。
附图标记说明：
100.太阳能光伏板；
200.供暖热水循环水箱；
300.生活热水水箱；
400.地埋管换热器；
500.地源热泵；
600.取热过程循环泵；
700.放热过程循环水泵；
800.电加热器；
900.空气源热泵。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
需说明的是，在本实用新型中，图中的上、下、左、右即视为本说明书中所述的基于分布式光伏的多能联供系统的上、下、左、右。
现参考附图介绍本实用新型的示例性实施方式，然而，本实用新型可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本实用新型，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本实用新型的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本实用新型的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本实施方式涉及基于分布式光伏的多能联供系统，参阅图1，包括太阳能光伏板100，太阳能光伏板100产生的电能分三路线缆输出，第一路线缆接户内用电设备和/或上网；第二路线缆接入生活热水水箱300，生活热水水箱300接户内热水设备；第三路线缆接入供暖热水循环水箱200。
经过组串型逆变器的转化，太阳能光伏板100所发电力主要为用户供电、供热水、供暖，不足部分由电网补充，准确地说，所发电力优先用于户内用电设备和/或上网，在发电高峰户内用电设备有电力剩余或非用电时段，所发电力则用于加热生活热水水箱300内的水和供暖热水循环水箱200内的水。
当生活热水水箱300内的水温高于60℃时，停止加热，以满足家庭洗澡及生活用热水。
除此之外，供暖热水循环水箱200接入跨季节储热装置并形成循环管路，具体地说，在非供暖季，供暖热水循环水箱200内的热水流入跨季节储热装置，跨季节储热装置对热量进行储存，实现跨季节储能；在供暖季，提取跨季节储热装置内的热量，作为热源用于室内供暖设备。
请参阅图1，跨季节储热装置包括地埋管换热器400，地埋管换热器400通过入口管路接入供暖热水循环水箱200，入口管路安装有阀门V1；供暖热水循环水箱200通过出口管路接入地埋管换热器400，出口管路安装有阀门V2和放热过程循环水泵700。
也就是说，供暖热水循环水箱200、出口管路、地埋管换热器400、入口管路，共同组成了循环管路，供暖热水循环水箱200内的热水注入地埋管换热器400，埋设在地下岩土体内的地埋管换热器400对地下岩土体进行加热，热量被储存在地下岩土体，即热水在地埋管换热器400内发生了热交换，然后返回地埋管换热器400继续加热，不断循环以实现非供暖季的跨季节储热。
供暖热水循环水箱200和地埋管换热器400之间的入口管路通过旁通管路接入地源热泵500，按照介质流向，在旁通管路安装有阀门V3和取热过程循环泵600，地源热泵500的出口通过带有阀门V4的管路接入地埋管换热器400，其中地源热泵500接室内供暖设备。
跨季节储热装置的工作过程/原理如下：
光伏发电系统所发电力加热供暖热水循环水箱200，在非供暖季节，关闭阀门V3和V4，开启阀门V1和V2，启动放热过程循环水泵700，由放热过程循环水泵700将供暖热水循环水箱200内的热水注入地下岩土体，并加热地下岩土体进行储热后返回供暖热水循环水箱200继续加热，依次循环，实现非供暖季的跨季节储热；在供暖季，关闭阀门V1和V2，开启阀门V3和V4，启动取热过程循环泵600，通过管内水循环将储存于地下的热量提取出来，作为地源热泵500的低温热源，进入地源热泵蒸发器，通过地源热泵500提升温度后，室内供暖水温升高，送入室内低温热水辐射供暖或室内风机盘管，满足冬季室内温度要求，通过非供暖季的储热及供暖季的取热，达到地下岩土体冷热平衡，实现可持续利用。
具体地，在非供暖季节，地源热泵500的蒸发器吸收热量，同时冷凝器通过与地下水的热交换，将热量排到地下；在供暖季，地源热泵500的蒸发器吸收地下岩土体的热量作为热源，通过热泵循环，由冷凝器提供热水向室内供暖。
考虑到非供暖季储热量与供暖季取热量的不平衡将导致地埋管区域岩土体温度持续升高或降低，从而影响地埋管换热器400的换热性能，降低地埋管换热系统的运行效率。因此，非供暖季储存在地下的热量与冬季供暖热负荷需遵循的关系如下：
式中：Qc—非供暖季储存在地下的热量(kWh)；
Qa—冬季供暖设计热负荷(kW)；
Ta.max—冬季最大负荷利用小时数(h)；
COP—水源热泵冬季制热系数。
利用上述方式，将基于分布式光伏的多能联供系统用于西北某地区，混凝土屋面面积150m2，周边无遮挡。光伏发电系统组件采用多晶硅单面组件和组串式逆变器，组件安装倾角10°，方位角0°(正南)，光伏装机容量15kWp。经模拟计算，最大小时发电量12kWh，年发电量20445kWh。厨房设备年可用光伏发电量(每天08:00～09：00、13：00～14：00及19：00～20：00)约1610kWh，生活热水用光伏发电量4260kWh，为保持地下岩土热平衡供暖热水循环向地下储存12870kWh热量。
本工程供暖热指标50W/m2，供暖热量16085kWh，需取地下热量12870kWh，热泵机组耗电量3200kWh。与电供暖相比，该系统供暖可节约电量13700kWh；生活热水及厨房用设备节约电量5870kW。
若以发电高峰电力剩余或非用电时段的弃电作为加热电源，为尽量减少设备初投资，供暖热水循环水箱200和生活热水水箱300内的加热设备可选择电加热器或者空气源热泵，选择依据如下：
(1)对于冬季供暖且室外温度低于-10℃的地区，供暖热水循环水箱200和生活热水水箱300的箱内均置有电加热器800。
(2)对于冬季供暖且室外温度高于-10℃的地区，应选择空气源热泵加热水箱，以便提高效率，具体为提供两个空气源热泵900，其中一个空气源热泵900与供暖热水循环水箱200通过管线形成循环回路，另外一个空气源热泵900与生活热水水箱300通过管线形成循环回路。
本实用新型提供了基于分布式光伏的多能联供一体化、电气化的系统，利用分布式光伏发电系统，以户为单位，通过跨季节储能及市政电网补充，实现供电、供暖、供热水自给自足，不足部分由电网补充，同时实现户用餐厨、供暖、供热水全部电气化，零排放，实现荷随源变、有效消纳，不弃光，通过跨季节储热，极大地提高了能源的利用率，基本实现全部可再生能源供暖，部分实现家用设备可再生能源利用。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。
Claims (5)
1.基于分布式光伏的多能联供系统，其特征在于，包括太阳能光伏板(100)，所述太阳能光伏板(100)产生的电能分三路线缆输出，第一路线缆接户内用电设备和/或上网；第二路线缆接入生活热水水箱(300)，所述生活热水水箱(300)接户内热水设备；第三路线缆接入供暖热水循环水箱(200)；
所述供暖热水循环水箱(200)接入跨季节储热装置并形成循环管路。
2.如权利要求1所述的基于分布式光伏的多能联供系统，其特征在于，所述跨季节储热装置包括地埋管换热器(400)，所述地埋管换热器(400)通过入口管路接入所述供暖热水循环水箱(200)，所述供暖热水循环水箱(200)通过出口管路接入所述地埋管换热器(400)；
所述入口管路安装有阀门V1；
所述出口管路安装有阀门V2和放热过程循环水泵(700)。
3.如权利要求2所述的基于分布式光伏的多能联供系统，其特征在于，所述供暖热水循环水箱(200)和所述地埋管换热器(400)之间的入口管路通过旁通管路接入地源热泵(500)，按照介质流向，在旁通管路安装有阀门V3和取热过程循环泵(600)，所述地源热泵(500)的出口通过带有阀门V4的管路接入所述地埋管换热器(400)；
其中所述地源热泵(500)接室内供暖设备。
4.如权利要求1所述的基于分布式光伏的多能联供系统，其特征在于，所述供暖热水循环水箱(200)和所述生活热水水箱(300)的箱内均置有电加热器(800)。
5.如权利要求1所述的基于分布式光伏的多能联供系统，其特征在于，还包括两个空气源热泵(900)，其中一个所述空气源热泵(900)与所述供暖热水循环水箱(200)通过管线形成循环回路，另外一个所述空气源热泵(900)与所述生活热水水箱(300)通过管线形成循环回路。
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