CN109000381B - 太阳能光伏-环路热水***及运行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种太阳能光伏‑环路热水***，其包括集热蒸发器、预热水箱、控制器、第二蒸发器、冷凝器以及蓄热水箱，冷凝器设置在蓄热水箱内部，第二蒸发器设置在预热水箱内部，集热蒸发器内部设置有第一集热管组以及第二集热管组，第二集热管组为普通集热管，第一集热管组与蓄热水箱之间形成环路热管，第二集热管组与预热水箱之间形成太阳能水源热泵环路，温度传感器内部设置有第一温度阈值以及第二温度阈值，当温度传感器监测到的集热蒸发器的温度高于第一温度阈值或低于第二温度阈值时，控制器控制***开启太阳能水源热泵环路以提升蓄热水箱的热水温度。
Description
技术领域
本发明属于建筑节能技术领域，具体地涉及一种太阳能光伏-环路热水***及运行控制方法。
背景技术
传统的光伏***只能将约15％的入射太阳能转化为电能，其余大部分都转化为使光伏***温升的热，太阳能光伏-环路热管***与独立的太阳能光伏***类似，在夏季工况下运行时，会出现光伏板、吸热板温度过高的不利工况，而过高的工作温度除了影响太阳能光伏板的光电转换效率和使用寿命之外，还将导致太阳能光热转换效率明显下降。在冬季工作时容易出现热管循环启动较晚，停止运行较早的不利工况，且室外环境温度过低，吸热板与环境间温差过大，热损较高，导致***光热效率较低。尤其在夏热冬冷或热带/亚热带气候区应用时，***工作温度长期保持较高水平，将对***光热、光电效率均产生不利影响。因此，有必要采取有效措施改善该***在各气候区应用中的不利工况，以进一步提高其太阳能综合转换效率。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种太阳能光伏-环路热水***及运行控制方法，该***在夏季降低PV/LHP集热蒸发器的工作温度，在冬季改善环路热管循环启动较晚，停止运行较早等不利工况，***运行有一定的应变能力，可以提高太阳能综合转换率。
具体地，本发明提供一种太阳能光伏-环路热水***，其包括集热蒸发器、预热水箱、控制器、第二蒸发器、冷凝器以及蓄热水箱，所述冷凝器设置在所述蓄热水箱内部，所述第二蒸发器设置在所述预热水箱内部，
所述集热蒸发器包括第一集热管组、第二集热管组以及平板集热器，所述第一集热管组为含有制冷剂的第一蒸发器，所述第二集热管组套设在所述第一集热管组的外部，第一集热管组以及第二集热管组通过压合技术固定在所述平板集热器的上部，
所述第一集热管组与所述冷凝器之间设置有蒸汽上升管路以及液体下降管路，所述第二集热管组与所述预热水箱之间设置有第一管路和第二管路，所述第二蒸发器与所述冷凝器之间设置有第三管路和第四管路，所述第一管路上设置有第一阀门，所述第二管路上设置有第二阀门以及循环泵，所述蒸汽上升管路上设置有第三阀门，所述液体下降管路上设置有第四阀门，所述集热蒸发器内部设置有温度传感器，所述温度传感器、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门以及循环泵分别与所述控制器通讯连接并受控于所述控制器，
所述第一集热管组与所述蓄热水箱之间形成环路热管，所述第二集热管组与所述预热水箱之间形成太阳能水源热泵环路，所述温度传感器内部设置有第一温度阈值以及第二温度阈值，当所述温度传感器监测到的集热蒸发器的温度低于第一温度阈值且高于第二温度阈值时，***以环路热管模式运行；当所述温度传感器监测到的集热蒸发器的温度高于第一温度阈值或低于第二温度阈值时，所述控制器控制***开启太阳能水源热泵环路模式运行以调控蓄热水箱的热水温度。
优选地，所述第一集热管组为环路热管运行模式的第一蒸发器。
优选地，所述第三管路连接所述第二蒸发器和所述蒸汽上升管路，所述第三管路上设置有压缩机，所述第四管路连接所述第二蒸发器和所述液体下降管路，所述第四管路上设置有节流阀。
优选地，所述第一集热管组以及第二集热管组均为太阳能集热管组。
优选地，当所述温度传感器监测到的集热蒸发器的温度高于第一温度阈值或低于第二温度阈值时，所述控制器打开第一阀门以及第二阀门同时关闭第三阀门以及第四阀门，并且启动循环泵，第二集热管路吸收太阳辐射热量传递至预热水箱，预热水箱与第二蒸发器进行热交换后，太阳能水源热泵通过制冷剂提升低品位能来满足蓄热水箱的热水温度要求。
优选地，所述第一温度阈值为75摄氏度，所述第二温度阈值为20摄氏度。
优选地，所述第二集热管组以及所述第一集热管组均设置为U型。
优选地，所述温度传感器设置在所述吸热铝板层。
优选地，本发明提供一种太阳能光伏-环路热水运行控制方法，其包括以下步骤：
S1、温度传感器监测平板集热器内部的温度，当温度传感器监测到的集热蒸发器的温度低于第一温度阈值且高于第二温度阈值时，***以环路热管模式正常运行；
S2、当平板集热器内部的温度高于第一温度阈值或者平板集热器内部的温度低于第二温度阈值时，温度传感器向控制器发送温度信号；
S3、控制器接收所述温度传感器发送的温度信号，控制器控制***开启太阳能水源热泵环路模式运行，打开第一阀门以及第二阀门同时关闭第三阀门以及第四阀门，并且启动循环泵，第二集热管路吸收太阳辐射热量传递至预热水箱，预热水箱与第二蒸发器进行热交换后，太阳能水源热泵通过制冷剂提升低品位能来满足蓄热水箱的热水温度要求。
优选地，所述第一温度阈值为75摄氏度，所述第二温度阈值为20摄氏度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在夏季降低PV/LHP集热蒸发器的工作温度，在冬季改善环路热管循环启动较晚，停止运行较早等不利工况，***运行有一定的应变能力，可以提高太阳能综合转换率。
附图说明
图1为本发明一种太阳能光伏-环路热管/热泵热水***及运行控制方法原理图；
图2为本发明PV/LHP集热蒸发器横向剖面图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
具体地，本发明提供一种太阳能光伏-环路热水***，其包括集热蒸发器1、预热水箱2、控制器7、第二蒸发器15、冷凝器16以及蓄热水箱17，冷凝器16设置在蓄热水箱17内部，第二蒸发器15设置在预热水箱2内部。
集热蒸发器1包括第一集热管组18、第二集热管组5以及平板集热器19，第一集热管组18以及第二集热管组5相互套设在一起。第一集热管组18以及第二集热管组5通过层压技术设置在平板集热器19上。
第一集热管组18与冷凝器16之间设置有蒸汽上升管路3以及液体下降管路4，第二集热管组5与预热水箱2之间设置有第一管路101和第二管路102，第二蒸发器15与冷凝器16之间设置有第三管路103和第四管路104，第一管路101上设置有第一阀门9，第二管路102上设置有第二阀门10以及循环泵6，蒸汽上升管路3上设置有第三阀门11，液体下降管路4上设置有第四阀门12，平板集热器设置有温度传感器8，温度传感器8、第一阀门9、第二阀门10、第三阀门11、第四阀门12以及循环泵6分别与控制器7通讯连接并受控于控制器7。
第一集热管组18与蓄热水箱17之间形成环路热管，第一集热管组18即为第一蒸发器，其作为环路热管的蒸发器，第二集热管组5与预热水箱2之间形成太阳能水源热泵环路，温度传感器8内部设置有第一温度阈值以及第二温度阈值，当温度传感器8监测到的集热蒸发器的温度低于第一温度阈值且高于第二温度阈值时，***以环路热管模式运行；当温度传感器8监测到的集热蒸发器的温度高于第一温度阈值或低于第二温度阈值时，控制器7控制***开启太阳能水源热泵环路以调控蓄热水箱的热水温度。
优选地，平板集热器19由阳光照射面到背光面依次包括钢化玻璃盖板、空气层21、透明TPT层31、第一EVE胶层41、光伏电池51、黑色TPT层61、第二EVE胶层71、吸热铝板层81以及保温层。温度传感器设置在吸热铝板层81上。
优选地，第三管路连接第二蒸发器和蒸汽上升管路，第三管路上设置有压缩机，第四管路连接第二蒸发器和液体下降管路，第四管路上设置有节流阀。
优选地，第一集热管组与第二集热管组为太阳能集热管组，第二集热管组采用普通集热管即可，用于太阳能集热。第一集热管组内部设置有冷凝剂。
优选地，当温度传感器8监测到的集热蒸发器的温度高于第一温度阈值或低于第二温度阈值时，控制器打开第一阀门以及第二阀门同时关闭第三阀门以及第四阀门，并且启动循环泵，第二集热管路吸收太阳辐射热量传递至预热水箱2，预热水箱2与第二蒸发器进行热交换后，太阳能水源热泵通过制冷剂提升低品位能来满足蓄热水箱的热水温度要求。
优选地，第一温度阈值为75摄氏度，第二温度阈值为20摄氏度。
优选地，本发明提供一种太阳能光伏-环路热水运行控制方法，其包括以下步骤：
S1、温度传感器监测平板集热器内部的温度，当温度传感器监测到的集热蒸发器的温度低于第一温度阈值且高于第二温度阈值时，***以环路热管模式正常运行；
S2、当平板集热器内部的温度高于第一温度阈值或者平板集热器内部的温度低于第二温度阈值时，温度传感器向控制器发送温度信号；
S3、控制器接收温度传感器发送的温度信号，控制器控制***开启太阳能水源热泵环路模式运行，打开第一阀门以及第二阀门同时关闭第三阀门以及第四阀门，并且启动循环泵，第二集热管路吸收太阳辐射热量传递至预热水箱，预热水箱与第二蒸发器进行热交换后，太阳能水源热泵通过制冷剂提升低品位能来满足蓄热水箱的热水温度要求。
优选地，第一温度阈值为75摄氏度，第二温度阈值为20摄氏度。
当***运行时，对于环路热管模式，制冷剂在PV/LHP第一集热管组里吸热蒸发，经蒸汽上升管线3后在冷凝器16冷凝放热，提升蓄热水箱17的水温，然后制冷剂经液体下降管路4流回到PV/LHP第一集热管组完成一个循环；对于太阳能水源热泵环路，第二集热管组吸收太阳辐射热后，把热量传递至预热水箱2，以此来提高太阳能水源热泵的水源温度，预热水再由循环泵6流回预热水管，而制冷剂在第二蒸发器15吸热蒸发经压缩机13压缩后在冷凝器16中冷凝放热，提高蓄热水箱17中水的温度，最后制冷剂由节流阀14节流降压流回第二蒸发器15完成一个循环。夏季工况下，当温度传感器8监测到集热蒸发器的工作温度大于等于75℃时，***转换为太阳能水源热泵模式，即温度传感器8将控制信号传递到PLC控制器7，控制第一阀门9、第二阀门10打开同时第三阀门11、第四阀门12关闭，并且启动循环泵6，此时，环路热管停止工作，太阳能水源热泵模式开启，预热水管吸收太阳辐射热然后传递至预热水箱2，预热水箱与第二蒸发器15进行热交换，最后太阳能水源热泵通过制冷剂提升低品位能来满足蓄热水箱17的热水温度要求。两种模式的切换不仅降低PV/LHP集热蒸发器的工作温度提高光电效率，而且使太阳能水源热泵第二蒸发器的水温升高，提高光热效率。
冬季工况下，当温度传感器8监测到集热蒸发器1工作温度小于等于20℃时，***转换为太阳能水源热泵模式，即温度传感器8将控制信号传递到PLC控制器7，控制第一阀门9、第二阀门10打开同时第三阀门11、第四阀门12关闭，并且启动循环泵6，此时，预热水管太阳能辐射热，然后传递至预热水箱2，预热水箱与第二蒸发器15进行热交换，最后太阳能水源热泵通过制冷剂提升低品位能来满足蓄热水箱17的热水温度要求。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在夏季降低PV/LHP集热蒸发器的工作温度，在冬季改善环路热管循环启动较晚，停止运行较早等不利工况，***运行有一定的应变能力，可以提高太阳能综合转换率。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种太阳能光伏-环路热水***，其特征在于：其包括集热蒸发器、预热水箱、控制器、第二蒸发器、冷凝器以及蓄热水箱，所述冷凝器设置在所述蓄热水箱内部，所述第二蒸发器设置在所述预热水箱内部，
所述集热蒸发器包括第一集热管组、第二集热管组以及平板集热器，所述第二集热管组套设在所述第一集热管组的外部，第一集热管组以及第二集热管组通过压合技术固定在所述平板集热器的上部，
所述第一集热管组与所述冷凝器之间设置有蒸汽上升管路以及液体下降管路，所述第二集热管组与所述预热水箱之间设置有第一管路和第二管路，所述第二蒸发器与所述冷凝器之间设置有第三管路和第四管路，所述第一管路上设置有第一阀门，所述第二管路上设置有第二阀门以及循环泵，所述蒸汽上升管路上设置有第三阀门，所述液体下降管路上设置有第四阀门，所述集热蒸发器内部设置有温度传感器，所述温度传感器、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门以及循环泵分别与所述控制器通讯连接并受控于所述控制器，
所述第一集热管组与所述蓄热水箱之间形成环路热管，所述第二集热管组与所述预热水箱之间形成太阳能水源热泵环路，所述温度传感器内部设置有第一温度阈值以及第二温度阈值，当所述温度传感器监测到的集热蒸发器的温度低于第一温度阈值且高于第二温度阈值时，***以环路热管模式运行；当所述温度传感器监测到的集热蒸发器的温度高于第一温度阈值或低于第二温度阈值时，所述控制器控制***开启太阳能水源热泵环路模式运行以调控蓄热水箱的热水温度；
所述第一温度阈值为75摄氏度，所述第二温度阈值为20摄氏度。
2.根据权利要求1所述的太阳能光伏-环路热水***，其特征在于：所述第一集热管组为环路热管运行模式的第一蒸发器。
3.根据权利要求1所述的太阳能光伏-环路热水***，其特征在于：所述第三管路连接所述第二蒸发器和所述蒸汽上升管路，所述第三管路上设置有压缩机，所述第四管路连接所述第二蒸发器和所述液体下降管路，所述第四管路上设置有节流阀。
4.根据权利要求1所述的太阳能光伏-环路热水***，其特征在于：所述第一集热管组以及第二集热管组为太阳能集热管组。
5.根据权利要求1所述的太阳能光伏-环路热水***，其特征在于：当所述温度传感器监测到的集热蒸发器的温度高于第一温度阈值或低于第二温度阈值时，所述控制器打开第一阀门以及第二阀门同时关闭第三阀门以及第四阀门，并且启动循环泵，第二集热管路吸收太阳辐射热量传递至预热水箱，预热水箱与第二蒸发器进行热交换后，太阳能水源热泵通过制冷剂提升低品位能来满足蓄热水箱的热水温度要求。
6.根据权利要求1所述的太阳能光伏-环路热水***，其特征在于：所述第二集热管组以及所述第一集热管组均设置为U型。
7.一种根据权利要求1所述的太阳能光伏-环路热水***进行运行的控制方法，其包括以下步骤：
S1、温度传感器监测平板集热器内部的温度，当温度传感器监测到的集热蒸发器的温度低于第一温度阈值且高于第二温度阈值时，***以环路热管模式正常运行；
S2、当平板集热器内部的温度高于第一温度阈值或者平板集热器内部的温度低于第二温度阈值时，温度传感器向控制器发送温度信号；
S3、控制器接收所述温度传感器发送的温度信号，控制器控制***开启太阳能水源热泵环路模式运行，打开第一阀门以及第二阀门同时关闭第三阀门以及第四阀门，并且启动循环泵，第二集热管路吸收太阳辐射热量传递至预热水箱，预热水箱与第二蒸发器进行热交换后，太阳能水源热泵通过制冷剂提升低品位能来满足蓄热水箱的热水温度要求。
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