CN112944967A - 一种pvt热量存储利用装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PVT热量存储利用装置及其控制方法，旨在解决现在的PVT装置可靠性较低，能量不足以正常供热供冷的不足。该发明包括PVT组件、储能***和循环泵，PVT组件串联储能***，储能***包括并联设置的高温储能桶和低温储能桶，高温储能桶和低温储能桶之间经辅热***串联，辅热***可切换连接外界热源。它通过辅热装置可以实现能源的高效率存储和正常工作，实现可靠的供冷供热，通过两储能桶实现不同时间上的能源消耗平衡。

Description

一种PVT热量存储利用装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及太阳能应用领域，更具体地说，它涉及一种PVT热量存储利用装置及其控制方法。
背景技术
太阳能光伏光热一体化(PVT)技术将光伏与光热技术相结合，在光伏板的背面铺设流体管道，日间太阳辐射充足时，由流体带走并回收光伏发电所产生的热能，同时产生热和电两种效益。但是PVT技术同样受限于光环境，太阳能辐射较弱时，蓄热水箱的水从光伏板获得的热量不多，会影响供冷及供热效果，甚至无法正常工作，***全年利用率低，且占地面积大。
本发明旨在提供一种能够正常供冷和供热的PVT热量存储利用装置。
中国专利公告号CN201976029U，名称为一种建筑用光电光热综合应用***，该申请案公开了一种建筑用光电光热综合应用***，包括PVT组件、发电***和发热***，发电***是PVT组件与蓄电池、并网连接形成的，发热***是PVT组件与循环介质水箱和热利用装置连接形成，所述***还设置有相变储能装置，所述相变储能装置设置有两条介质流道，所述介质流道和该装置外壳之间填充有箱变材料；其中一条介质流道位于PVT组件的热水输出端和循环介质水箱之间；另一条介质流道连接于自来水水源和热利用装置之间；本实用新型采用的相变材料代替水存储热量，减小了储热装置体积及重量，可以集成在建筑中；可以使PVT组件保持在相变温度以下，使PVT组件温度较低，增加光电部分发电量；还可以降低建筑能耗，增加房屋舒适度。它具有PVT热量供应不稳定时就会造成温度供应不稳定的不足。
发明内容
本发明克服了现在的PVT装置可靠性较低，能量不足以正常供热供冷的不足，提供了一种PVT热量存储利用装置及其控制方法，它通过辅热装置可以实现能源的高效率存储和正常工作，实现可靠的供冷供热，通过两储能桶实现不同时间上的能源消耗平衡。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种PVT热量存储利用装置，包括PVT组件、储能***和循环泵，PVT组件串联储能***，储能***包括并联设置的高温储能桶和低温储能桶，高温储能桶和低温储能桶之间经辅热***串联，辅热***可切换连接外界热源。
本发明中具有辅热***连接的外界热源以及PVT组件带来的太阳能热源，两个相变温度不同的储能桶，两个储能桶通过内部介质的不同和压力的不同，维持两个储能桶的相变温度不同。PVT组件和辅热***对两储能桶的供热过程为：通过工质将两个热源的热量或冷量经管道输送到储能桶中，储能桶中的介质受到对应热量/冷量的作用，产生对应的相变，从而积蓄热量/冷量。再通过类似的方式，通过管路将热量/冷量传递给对应的工作机器，按照需要带来温度的上升或下降。
作为优选，辅热***为热泵，热泵为压缩式热泵。热泵具有四通阀，通过四通阀实现降温或升温。
作为优选，高温储能桶和低温储能桶中设有相变介质；高温储能桶的相变温度在50至60度之间；低温储能桶的相变温度在5到10度之间。储能桶通过相变的方式存储能量。50至60的温度可以将暖气或热水器中的水体加热到相近温度，满足暖气或热水器的使用要求，低温储能桶也同理，5至10度的温度在满足制冷的前提下对生产工艺要求较低。
作为优选，高温储能桶和低温储能桶分别连接有传温功能部；传温功能部为制冷空调或热水器或暖气片。
作为优选，外界热源为大气或地下环境。设置热源为大气具有布置方便的优势，热源为地下环境，地下环境温度趋近恒温且在高温储能桶和低温储能桶之间，具有良好的经济效益。
一种PVT热量存储利用装置的控制方法，PVT组件与高温储能桶以及低温储能桶、高温储能桶和低温储能桶与辅热***之间的管路均设有控制对应管路启闭的电磁阀，电磁阀与辅热***电连接有控制器，还包括有检测PVT组件、高温储能桶、低温储能桶、外界热源温度的温度传感器，温度传感器电连接控制器，当需要高温储能桶输出热量时，步骤包括：
（1）当PVT组件出水温度大于高温储能桶温度且温度差值满足设计温差时，PVT组件与高温储能桶连通，与低温储能桶断开；
（2）当高温储能桶达到预定温度时，PVT组件与高温储能桶断开，与低温储能桶连通；
（3）在步骤1完成后，高温储能桶继续降温，则比较低温储能桶与外界热源温度；
（4）在步骤4中若室外温度高，则连通高温储能桶与辅热***，辅热***连接外界热源，辅热***工作，提高高温储能桶中热能；
（5）在步骤4中若低温储能桶中温度高，则连通高温储能桶、低温储能桶以及辅热***，辅热***工作，提高高温储能桶中的热能；
当需要低温储能桶吸收热量和/或高处储能桶输出热量时，步骤包括：
（6）当PVT组件出水温度大于高温储能桶温度且温度差值满足设计温差时，PVT组件与高温储能桶连通，与低温储能桶断开；
（7）当高温储能桶温度降低或低温储能桶温度升高时，比较高温储能桶与外界热源温度的温差以及高温储能桶与设计温度的差值；
（8）若步骤7中的高温储能桶的温度满足设计温度，则将高温储能桶与辅热***断开，辅热***与低温储能桶连接，辅热***连接外界热源，辅热***工作，降低低温储能桶中的温度；
（9）若步骤7中的高温储能桶的温度不满足设计温度，则将高温储能桶与辅热***连接，辅热***与低温储能桶连接，辅热***与外界热源断开，辅热***工作，提高高温储能桶的温度同时降低低温储能桶的温度。
制冷和制冷的传温功能部均会造成对应的储能桶的温度趋近于与外界使用温度相近。因此，通过设置了温度传感器，可以在储能桶温度降低到不足以提供对应的热量和冷量的情况下通过PVT组件和辅热***供能，该设置可以保证使用者的良好体验，提供满足设计要求的温度。在PVT组件完全满足高温蓄能桶的需要的前提下，在完成对高温储能桶的充能后，会切换连接低温储能桶，对低温储能桶储能。值得注意的是，在PVT组件开始收集太阳能的时候，PVT组件与两个储能桶均是断开的。在有两个热源的前提下，控制器会趋向于优先利用PVT组件产生的更为廉价的热量，在PVT组件的热量不足以满足需要的情况下，才会由辅热***供能，出于同样的节能和提高充能速度的目的，在利用辅热***时，辅热***会将低品位的能量转化为高品位的能量，此时低品位的能量与高品位的能量之间的温差越小，充能速度更快，搬运热量的消耗也更低，因此，***会比较低温储能桶和外界热源之间的温差，优先使用更高温度的能量来源。
上述工作是在整个装置主要提供热量的情况下的工作情况，当装置主要输出冷量的时候，主要输出热量的PVT组件与高温储能桶连接，为需要热量的传热功能部蓄能。储能桶为传温功能部提供冷量，检测其温度，当其升高至一个***认为会影响传温功能部正常工作的温度时，辅热***会介入到工作中。出于节能和提高充能速度的目的，控制器会比较外界环境和高温储能桶之间的温度，由更低温的热源来作为转化的低品位能量，此时具有更好的充能速度和消耗。
当控制器同时检测到需要输出热量和冷量时，PVT组件会为高温储能桶功能，同时辅热***也会介入工作，对低温储能桶吸热，对高温储能桶放热。该方式充分利用了能源，在同一个场景中对两种价位的能量收集，提高了经济效益，具有更好的环保效益。值得注意的是，步骤789 均是在在步骤6之后的，因此当高温储能桶温度降低，且PVT组件满足介入条件后PVT组件会第一时间介入为高温储能桶充能。
作为优选，高温储能桶和低温储能桶分别连接有传温功能部；传温功能部为制冷空调或热水器或暖气片；制冷空调或热水器或暖气片电连接控制器。前文中对装置的工作模式是在基于输出能量的形式的判断的基础上，通过传温功能部与控制器的联动，利于控制器判断应当处于何种模式，降低了整个***设计的复杂度。
作为优选，当热水器和/或暖气片工作时，控制器执行步骤（1）至（5）；当热水器和制冷空调同时工作时，控制器执行步骤（6）至（9）。
作为优选，控制器在夜间谷电时段执行步骤9。通过在夜间控制辅热***为低温储能桶降温，高温储能桶升温，可以在白天使用，起到了削峰填谷的作用，具有较好的经济效益，通过两储能桶实现不同时间上的能源消耗平衡。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）通过辅热装置可以实现能源的高效率存储和正常工作，实现可靠的供冷供热；（2）通过两储能桶实现不同时间上的能源消耗平衡。
附图说明
图1是本发明的示意图；
图中：
PVT组件1、储能***2、循环泵3、高温储能桶4、低温储能桶5、辅热***6、外界热源7、电磁阀8、传温功能部9、制冷空调10、热水器11或暖气片12。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
实施例：
如图1所示，一种PVT热量存储利用装置的控制方法：PVT热量存储利用装置，包括PVT组件1、储能***2和循环泵3，PVT组件1串联储能***2，储能***2包括并联设置的高温储能桶4和低温储能桶5，高温储能桶4和低温储能桶5之间经辅热***6串联，辅热***6为热泵，热泵为压缩式热泵。
热泵具有四通阀，通过四通阀实现降温或升温，辅热***6可切换连接外界热源7。外界热源为大气或地下环境。设置热源为大气具有布置方便的优势，热源为地下环境，地下环境温度趋近恒温且在高温储能桶4和低温储能桶5之间，具有良好的经济效益。
高温储能桶4和低温储能桶5中设有相变介质；高温储能桶4的相变温度在50至60度之间；低温储能桶5的相变温度在5到10度之间。储能桶通过相变的方式存储能量。50至60的温度可以将暖气或热水器11中的水体加热到相近温度，满足暖气或热水器11的使用要求，低温储能桶5也同理，5至10度的温度在满足制冷的前提下对生产工艺要求较低。高温储能桶4和低温储能桶5分别连接有传温功能部9；传温功能部9为制冷空调10或热水器11或暖气片12。
PVT组件1与高温储能桶4以及低温储能桶5、高温储能桶4和低温储能桶5与辅热***6之间的管路均设有控制对应管路启闭的电磁阀8，电磁阀8与辅热***6电连接有控制器，还包括有检测PVT组件1、高温储能桶4、低温储能桶5、外界热源温度的温度传感器，温度传感器电连接控制器。
本发明中具有辅热***6连接的外界热源以及PVT组件1带来的太阳能热源，两个相变温度不同的储能桶，两个储能桶通过内部介质的不同和压力的不同，维持两个储能桶的相变温度不同。PVT组件1和辅热***6对两储能桶的供热过程为：通过工质将两个热源的热量或冷量经管道输送到储能桶中，储能桶中的介质受到对应热量/冷量的作用，产生对应的相变，从而积蓄热量/冷量。再通过类似的方式，通过管路将热量/冷量传递给对应的工作机器，按照需要带来温度的上升或下降。
当需要高温储能桶4输出热量时，步骤包括：
（1）当PVT组件1出水温度大于高温储能桶4温度且温度差值满足设计温差时，PVT组件1与高温储能桶4连通，与低温储能桶5断开；
（2）当高温储能桶4达到预定温度时，PVT组件1与高温储能桶4断开，与低温储能桶5连通；
（3）在步骤1完成后，高温储能桶4继续降温，则比较低温储能桶5与外界热源温度；
（4）在步骤4中若室外温度高，则连通高温储能桶4与辅热***6，辅热***6连接外界热源，辅热***6工作，提高高温储能桶4中热能；
（5）在步骤4中若低温储能桶5中温度高，则连通高温储能桶4、低温储能桶5以及辅热***6，辅热***6工作，提高高温储能桶4中的热能；
当需要低温储能桶5吸收热量和/或高处储能桶输出热量时，步骤包括：
（6）当PVT组件1出水温度大于高温储能桶4温度且温度差值满足设计温差时，PVT组件1与高温储能桶4连通，与低温储能桶5断开；
（7）当高温储能桶4温度降低或低温储能桶5温度升高时，比较高温储能桶4与外界热源温度的温差以及高温储能桶4与设计温度的差值；
（8）若步骤7中的高温储能桶4的温度满足设计温度，则将高温储能桶4与辅热***6断开，辅热***6与低温储能桶5连接，辅热***6连接外界热源，辅热***6工作，降低低温储能桶5中的温度；
（9）若步骤7中的高温储能桶4的温度不满足设计温度，则将高温储能桶4与辅热***6连接，辅热***6与低温储能桶5连接，辅热***6与外界热源断开，辅热***6工作，提高高温储能桶4的温度同时降低低温储能桶5的温度。
制冷和制冷的传温功能部9均会造成对应的储能桶的温度趋近于与外界使用温度相近。因此，通过设置了温度传感器，可以在储能桶温度降低到不足以提供对应的热量和冷量的情况下通过PVT组件1和辅热***6供能，该设置可以保证使用者的良好体验，提供满足设计要求的温度。在PVT组件1完全满足高温蓄能桶的需要的前提下，在完成对高温储能桶4的充能后，会切换连接低温储能桶5，对低温储能桶5储能。值得注意的是，在PVT组件1开始收集太阳能的时候，PVT组件1与两个储能桶均是断开的。在有两个热源的前提下，控制器会趋向于优先利用PVT组件1产生的更为廉价的热量，在PVT组件1的热量不足以满足需要的情况下，才会由辅热***6供能，出于同样的节能和提高充能速度的目的，在利用辅热***6时，辅热***6会将低品位的能量转化为高品位的能量，此时低品位的能量与高品位的能量之间的温差越小，充能速度更快，搬运热量的消耗也更低，因此，***会比较低温储能桶5和外界热源之间的温差，优先使用更高温度的能量来源。
上述工作是在整个装置主要提供热量的情况下的工作情况，当装置主要输出冷量的时候，主要输出热量的PVT组件1与高温储能桶4连接，为需要热量的传热功能部蓄能。储能桶为传温功能部9提供冷量，检测其温度，当其升高至一个***认为会影响传温功能部9正常工作的温度时，辅热***6会介入到工作中。出于节能和提高充能速度的目的，控制器会比较外界环境和高温储能桶4之间的温度，由更低温的热源来作为转化的低品位能量，此时具有更好的充能速度和消耗。
当控制器同时检测到需要输出热量和冷量时，PVT组件1会为高温储能桶4功能，同时辅热***6也会介入工作，对低温储能桶5吸热，对高温储能桶4放热。该方式充分利用了能源，在同一个场景中对两种价位的能量收集，提高了经济效益，具有更好的环保效益。值得注意的是，步骤789 均是在在步骤6之后的，因此当高温储能桶4温度降低，且PVT组件1满足介入条件后PVT组件1会第一时间介入为高温储能桶4充能。
制冷空调10或热水器11或暖气片12电连接控制器。前文中对装置的工作模式是在基于输出能量的形式的判断的基础上，通过传温功能部9与控制器的联动，利于控制器判断应当处于何种模式，降低了整个***设计的复杂度。当热水器11和/或暖气片12工作时，控制器执行步骤（1）至（5）；当热水器11和制冷空调10同时工作时，控制器执行步骤（6）至（9）。
控制器在夜间谷电时段执行步骤9。通过在夜间控制辅热***6为低温储能桶5降温，高温储能桶4升温，可以在白天使用，起到了削峰填谷的作用，具有较好的经济效益，通过两储能桶实现不同时间上的能源消耗平衡。
以上所述的实施例只是本发明的较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (9)

1.一种PVT热量存储利用装置，其特征是，包括PVT组件、储能***和循环泵，PVT组件串联储能***，储能***包括并联设置的高温储能桶和低温储能桶，高温储能桶和低温储能桶之间经辅热***串联，辅热***可切换连接外界热源。
2.根据权利要求1所述的一种PVT热量存储利用装置，其特征是，辅热***为热泵，热泵为压缩式热泵。
3.根据权利要求1所述的一种PVT热量存储利用装置，其特征是，高温储能桶和低温储能桶中设有相变介质；高温储能桶的相变温度在50至60度之间；低温储能桶的相变温度在5到10度之间。
4.根据权利要求3所述的一种PVT热量存储利用装置，其特征是，高温储能桶和低温储能桶分别连接有传温功能部；传温功能部为制冷空调或热水器或暖气片。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种PVT热量存储利用装置，其特征是，外界热源为大气或地下环境。
6.一种PVT热量存储利用装置的控制方法，其特征是，PVT组件与高温储能桶以及低温储能桶、高温储能桶和低温储能桶与辅热***之间的管路均设有控制对应管路启闭的电磁阀，电磁阀与辅热***电连接有控制器，还包括有检测PVT组件、高温储能桶、低温储能桶、外界热源温度的温度传感器，温度传感器电连接控制器，当需要高温储能桶输出热量时，步骤包括：
（1）当PVT组件出水温度大于高温储能桶温度且温度差值满足设计温差时，PVT组件与高温储能桶连通，与低温储能桶断开；
（2）当高温储能桶达到预定温度时，PVT组件与高温储能桶断开，与低温储能桶连通；
（3）在步骤1完成后，高温储能桶继续降温，则比较低温储能桶与外界热源温度；
（4）在步骤4中若室外温度高，则连通高温储能桶与辅热***，辅热***连接外界热源，辅热***工作，提高高温储能桶中热能；
（5）在步骤4中若低温储能桶中温度高，则连通高温储能桶、低温储能桶以及辅热***，辅热***工作，提高高温储能桶中的热能；
当需要低温储能桶吸收热量和/或高处储能桶输出热量时，步骤包括：
（6）当PVT组件出水温度大于高温储能桶温度且温度差值满足设计温差时，PVT组件与高温储能桶连通，与低温储能桶断开；
（7）当高温储能桶温度降低或低温储能桶温度升高时，比较高温储能桶与外界热源温度的温差以及高温储能桶与设计温度的差值；
（8）若步骤7中的高温储能桶的温度满足设计温度，则将高温储能桶与辅热***断开，辅热***与低温储能桶连接，辅热***连接外界热源，辅热***工作，降低低温储能桶中的温度；
（9）若步骤7中的高温储能桶的温度不满足设计温度，则将高温储能桶与辅热***连接，辅热***与低温储能桶连接，辅热***与外界热源断开，辅热***工作，提高高温储能桶的温度同时降低低温储能桶的温度。
7.根据权利要求1所述的一种PVT热量存储利用装置的控制方法，其特征是，高温储能桶和低温储能桶分别连接有传温功能部；传温功能部为制冷空调或热水器或暖气片；制冷空调或热水器或暖气片电连接控制器。
8.根据权利要求7所述的一种PVT热量存储利用装置的控制方法，其特征是，当热水器和/或暖气片工作时，控制器执行步骤（1）至（5）；当热水器和制冷空调同时工作时，控制器执行步骤（6）至（9）。
9.根据权利要求6所述的一种PVT热量存储利用装置的控制方法，其特征是，控制器在夜间谷电时段执行步骤9。
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