CN114017868B - 一种光伏供能的空气调节*** - Google Patents

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Abstract

一种光伏供能的空气调节***，包括太阳能分频利用光伏发电及集热子***、制冷子***；所述太阳能分频利用光伏发电及集热子***可以利用太阳能产生电能并使集热液体升温，所述制冷子***包括喷射制冷循环***，所述喷射制冷循环***包括发生器，所述集热液体至少部分与所述发生器内的工质液体进行热交换。这样，太阳能分频利用光伏发电及集热子***产生电能和热能，制冷子***产生冷量，从而实现冷热电联供；制冷***选择可由低品位热驱动的喷射制冷循环***，具有更高的能源利用率。

Description

一种光伏供能的空气调节***
技术领域
本发明涉及清洁能源利用技术领域，尤其涉及一种光伏供能的空气调节***。
背景技术
基于当今能源与环境形势，响应国家“碳中和”和“碳达峰”战略，在制冷空调领域，开发新能源、绿色能源以及提高新能源、绿色能源的利用率成为研究热点。
专利申请号CN201810955317.9，发明名称为“一种基于分光原理的聚光光伏热电联产装置”的发明专利，公开了一种利用凹透镜将太阳光校准后，通过滤光片将太阳光分为高频、低频两部分进行利用的光伏热电联产装置，其中高频用于发电，低频用于真空管集热，实现电、热联产。但是，这种光伏热电联产装置对太阳光的校准要求较高，实现较为复杂，太阳能利用效率难以得到保证，同时，此***无法直接应用于空气调节。
因此，如何将太阳能有效转化为提供给空调***的冷量，实现空调***高效冷量供应是一项亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏供能的空气调节***。
第一方面，一种光伏供能的空气调节***，包括太阳能分频利用光伏发电及集热子***、制冷子***；所述太阳能分频利用光伏发电及集热子***可以利用太阳能产生电能并使集热液体升温，所述制冷子***包括喷射制冷循环***，所述喷射制冷循环***包括发生器，所述集热液体至少部分与所述发生器内的工质液体进行热交换，所述制冷子***包括压缩式制冷循环***，所述压缩式制冷循环***包括第二冷凝器、换热器、节流装置，所述换热器位于所述第二冷凝器与所述节流装置之间，所述喷射制冷循环***包括喷射器，所述喷射制冷循环***的引射流体在进入喷射器之前流经所述换热器预冷所述压缩式制冷循环***中的制冷剂。这样，太阳能分频利用光伏发电及集热子***产生电能和热能，制冷子***产生冷量，从而实现冷热电联供；制冷***选择可由低品位热驱动的喷射制冷循环***，***结构较为简单，具有更高的能源利用率；同时，制冷子***包括压缩式制冷循环***，喷射制冷循环***的冷量用于预冷压缩式制冷循环***中的制冷剂，从而提高冷量的品位，并且可以实现更广范围应用环境，可以用于冷藏冷冻保鲜等场景。
结合第一方面的第一种实施例，在第一方面的第二种可能的实施例中，所述压缩式制冷循环***包括压缩机，所述太阳能分频利用光伏发电及集热子***可以将利用太阳能产生的电能供应给压缩机。在此实施例中，利用太阳能产生的电能供应压缩机，可以实现冷量供应的零碳或低碳排放。
结合第一方面的第二种实施例，在第一方面的第三种可能的实施例中，所述太阳能分频利用光伏发电及集热子***包括太阳能分频发电模块，所述太阳能分频发电模块包括储能设备和光伏板，所述光伏板与所述储能设备连接，所述光伏板产生的电能可以储存于所述储能设备。在此实施例中，设置储能设备，可以将电能供应大于压缩式制冷循环的压缩机电量需求时对电能进行存储，然后在太阳能供应不足时补充用电，实现削峰填谷的作用。
结合第一方面的第三种实施例，在第一方面的第四种可能的实施例中，所述光伏板与电网连接。在此实施例中，当储能设备储能已满时，可及时将电能通过电网输送。
结合第一方面或第一方面的第一至第四种任一种实施例，在第一方面的第五种可能的实施例中，所述太阳能分频利用光伏发电及集热子***包括太阳能分频发电模块，所述太阳能分频发电模块包括太阳能分频器，所述太阳能分频器可以将太阳光分频，所述太阳能分频器分频产生的太阳光包括高频太阳光、低频太阳光，所述高频太阳光可以透过所述太阳能分频器达到所述光伏板产生电能。在此实施例中，通过太阳能分频器对太阳光进行分频，分别产生电能和热能，实现太阳能的高效利用。
结合第一方面的第五种实施例，在第一方面的第六种可能的实施例中，所述太阳能分频发电模块包括冷却器，所述冷却器与所述光伏板接触，所述冷却器包括散热通道，所述散热通道中流动着集热液体，所述冷却器可以带走所述光伏板的热量。太阳光射到光伏板，因光电转化率无法实现100%，故部分太阳光最终转化为热能导致光伏板本身温度升高，而研究发现，光伏板的发电效率随着光伏板温度的上升而降低，在此实施例中，通过设置冷却器，由冷却器带走光伏板上的部分热量，使光伏板保持在具有较高发电效率的温度，实现太阳光较高的光电转化率。
结合第一方面的第六种实施例，在第一方面的第七种可能的实施例中，所述太阳能分频利用光伏发电及集热子***包括集热模块，所述集热模块包括太阳能集热器，所述太阳能分频器分频产生的低频太阳光经所述太阳能分频器反射达到太阳能集热器，所述太阳能集热器包括集热管，所述集热管流动着集热液体，所述集热液体可以吸收所述太阳能集热器汇聚的热量。在此实施例中，通过设置太阳能集热器，对低频太阳光进行汇聚，从而使集热管内的集热液体所能达到的温度较高，热能的品位较高。
结合第一方面的第七种实施例，在第一方面的第八种可能的实施例中，所述太阳能分频利用光伏发电及集热子***包括开式水循环模块，所述开式水循环模块包括储液箱、液体泵，所述散热通道内的集热液体流入所述储液箱，储液箱内的集热液体流入所述集热管，所述集热管内的液体流出集热管后一部分可用于供热，另一部分与所述发生器内的工质液体进行热交换，与所述发生器内的工质液体进行热交换后的集热液体流经所述液体泵加压后流回所述储液箱。在此实施例中，集热液体先后经过散热通道及集热管，吸收光伏板的热量以及太阳能集热器的热量，然后再用于驱动喷射制冷循环***或用于供热，集热液体具有较高的温度，可利用性强。
结合第一方面的第八种实施例，在第一方面的第九种可能的实施例中，所述开式水循环模块包括换热设备、高温液体箱，流出所述储液箱的集热液体流经所述换热设备后再流入所述集热管；所述集热液体在所述集热管吸收热量后流入所述高温液体箱；所述高温液体箱的部分集热液体流入所述发生器，与所述发生器内的工质液体进行热交换，热交换后的集热液体先流经所述换热设备后再流向液体泵加压；流出所述储液箱的集热液体与流出所述发生器的集热液体在所述换热设备内进行热交换。研究发现，流出发生器的集热液体仍然具有较高的温度，直接流入液体泵会对液体泵造成一定的损伤，影响液体泵的使用寿命，在此实施例中，流出发生器的集热液体先经换热设备换热，降低液体泵入口处集热液体的温度，一定程度上起到保护液体泵的作用，延长液体泵的使用寿命。
附图说明
图1 是本发明一种光伏供能的空气调节***的实施方式示意图。
图2 是本发明另一种光伏供能的空气调节***的实施方式示意图。
图3 是本发明又一种光伏供能的空气调节***的实施方式示意图。
具体实施方式
现在参考附图详细描述具体实施例。
实施例1
图1示意了一种光伏供能的空气调节***，包括太阳能分频利用光伏发电及集热子***、制冷子***。
制冷子***包括喷射制冷循环***，喷射制冷循环***包括喷射器6、第一冷凝器7、储液罐9、循环泵10、发生器11、节流部件8、换热器3。循环泵10提供循环动力，发生器11中的工质液体受热蒸发形成工作流体进入喷射器6引射引射流体。引射流体与工作流体混合后经第一冷凝器7冷凝，进入储液罐9，部分液体经循环泵10加压后进入发生器11。储液罐9中的部分液体经节流部件8节流后进入换热器3对外输出冷量（冷量输出端在图1中标示为25b）。集热液体可以采用常见的水。
太阳能分频利用光伏发电及集热子***包括太阳能分频发电模块、集热模块、开式水循环模块。
太阳能分频利用光伏发电及集热子***可以利用太阳能产生电能并使开式水循环模块中的集热液体升温。
太阳能分频发电模块包括太阳能分频器18、光伏板19、冷却器20、储能设备23。
太阳能分频器18可以将太阳光分频。太阳能分频器18分频产生的太阳光包括高频太阳光、低频太阳光。高频太阳光可以太阳能透过分频器18达到光伏板19产生电能（供电端在图1中标示为24）。光伏板19与储能设备23连接，光伏板19产生的电能可以储存于储能设备23。另外，光伏板19可以与电网连接，即太阳能分频发电模块并入电网。储能设备23常见的如电池、电池组等。
冷却器20与光伏板19接触。冷却器20包括散热通道，所述散热通道中流动着集热液体。冷却器20可以带走光伏板19的热量。
集热模块包括太阳能集热器16，太阳能分频器18分频产生的低频太阳光经太阳能分频器18反射达到太阳能集热器16，所述太阳能集热器16包括集热管，所述集热管流动着集热液体，所述集热液体可以吸收所述太阳能集热器16汇聚的热量。
开式水循环模块包括储液箱15、液体泵14及管道部件，散热通道内的集热液体流入储液箱15，储液箱15内的集热液体流入集热管，集热管内的液体流出集热管后一部分可用于供热（热量输出端在图1中标示为25a），另一部分与发生器11内的工质液体进行热交换，与发生器11内的工质液体进行热交换后的集热液体流经液体泵14加压后流回储液箱15。用于供热的集热液体流量以及用于驱动喷射制冷循环***的集热液体流量可以通过第一流量调节阀13a、第二流量调节阀13b调节。开式水循环模块的补水端22设置于散热通道的一端，以补充水的形式实现光伏板19的降温。
实施例2
图2示意了另一种光伏供能的空气调节***，其制冷子***包括压缩式制冷循环***。压缩式制冷循环***包括压缩机1、第二冷凝器2、换热器3、节流装置4、蒸发器5。换热器3位于节流装置4与第二冷凝器2之间。喷射制冷循环***的引射流体在进入喷射器6之前流经所述换热器3预冷压缩式制冷循环***中的制冷剂。
太阳能分频利用光伏发电及集热子***可以将利用太阳能产生的电能供应给压缩机1。
图2所示的光伏供能的空气调节***未进行特殊说明的其他组成与图1所示的光伏供能的空气调节***相同。
将上述光伏供能的空气调节***应用于宁波市区太阳辐照量取1001.2W/m2，光伏板面积为100 m2，高频光谱用于发电约占全光谱80%，发电效率为26%，发电功率26.03kW，高频光谱热回收效率为40%，低频光谱热回收效率为45%，集热量为32.7kW；供给面积为100 m2房间的夏季空调制冷，房间冷负荷计算为15 kW，制冷***性能系数为4.6，压缩机耗电量为3.26kW；喷射式制冷提供冷量为2.74kW，发生器热负荷为5.5 kW，可供热水负荷约27.2 kW，多余电功率为22.76kW，可用于存储，以备光照不足时使用。相同光伏板面积，传统太阳能发电效率为20%时，发电量为20.0kW，较传统太阳能发电***，本发明保证发电量的同时，提供用户冷、热需求，能源利用率显著提高。
通过上述光伏供能的空气调节***与室内安装的空调器配合，输出冷量至室内环境，以此来对室内的空气进行调节，减少了空调自身的能耗，起到了节能减排的效果，适合大规模推广。
实施例3
图3示意了又一种光伏供能的空气调节***，开式水循环模块包括换热设备26、高温液体箱15a。流出储液箱15的集热液体流经换热设备26后流入集热管。集热液体在集热管吸收热量后流入高温液体箱15a；高温液体箱15a的部分集热液体流入发生器11，与发生器11内的工质液体进行热交换，热交换后的集热液体先流经换热设备26后再流向液体泵14加压；流出储液箱15的集热液体与流出发生器11的集热液体在换热设备26内进行热交换。
图3所示的光伏供能的空气调节***未进行特殊说明的其他组成与图1或图2所示的光伏供能的空气调节***相同。
应当说明，“节流部件”、“节流装置”均可以产生节流效果的部件，比如膨胀阀、毛细血管等，可以根据实际使用工况进行选择，名字不同仅仅只是为了做区分，其他的名称也有类似情形。

Claims (6)

1.一种光伏供能的空气调节***，其特征在于，包括：太阳能分频利用光伏发电及集热子***、制冷子***；所述太阳能分频利用光伏发电及集热子***可以利用太阳能产生电能并使集热液体升温，所述制冷子***包括喷射制冷循环***，所述喷射制冷循环***包括发生器，所述集热液体至少部分与所述发生器内的工质液体进行热交换，所述制冷子***包括压缩式制冷循环***，所述压缩式制冷循环***包括第二冷凝器、换热器、节流装置，所述换热器位于所述第二冷凝器与所述节流装置之间，所述喷射制冷循环***包括喷射器，所述喷射制冷循环***的引射流体在进入喷射器之前流经所述换热器预冷所述压缩式制冷循环***中的制冷剂；所述太阳能分频利用光伏发电及集热子***包括太阳能分频发电模块、集热模块，所述太阳能分频发电模块包括冷却器、储能设备和光伏板，所述冷却器与所述光伏板接触，所述冷却器包括散热通道，所述散热通道中流动着集热液体，所述冷却器可以带走所述光伏板的热量，所述集热模块包括太阳能集热器，所述太阳能集热器包括集热管，所述集热管流动着集热液体，所述集热液体可以吸收所述太阳能集热器汇聚的热量；所述太阳能分频利用光伏发电及集热子***包括开式水循环模块，所述开式水循环模块包括储液箱、液体泵、换热设备、高温液体箱，所述散热通道内的集热液体流入所述储液箱，所述储液箱内的集热液体流入所述集热管，所述集热管内的液体流出所述集热管后一部分可用于供热，另一部分与所述发生器内的工质液体进行热交换，与所述发生器内的工质液体进行热交换后的集热液体流经所述液体泵加压后流回所述储液箱；流出所述储液箱的集热液体流经所述换热设备后再流入所述集热管；所述集热液体在所述集热管吸收热量后流入所述高温液体箱；所述高温液体箱的部分集热液体流入所述发生器，与所述发生器内的工质液体进行热交换，热交换后的集热液体先流经所述换热设备后再流向所述液体泵加压；流出所述储液箱的集热液体与流出所述发生器的集热液体在所述换热设备内进行热交换。
2.根据权利要求1所述的光伏供能的空气调节***，其特征在于，所述压缩式制冷循环***包括压缩机，所述太阳能分频利用光伏发电及集热子***可以将利用太阳能产生的电能供应给所述压缩机。
3.根据权利要求2所述的光伏供能的空气调节***，其特征在于，所述光伏板与所述储能设备连接，所述光伏板产生的电能可以储存于所述储能设备。
4.根据权利要求3所述的光伏供能的空气调节***，其特征在于，所述光伏板与电网连接。
5.根据权利要求3所述的光伏供能的空气调节***，其特征在于，所述太阳能分频利用光伏发电及集热子***包括太阳能分频发电模块，所述太阳能分频发电模块包括太阳能分频器，所述太阳能分频器可以将太阳光分频，所述太阳能分频器分频产生的太阳光包括高频太阳光、低频太阳光，所述高频太阳光可以透过所述太阳能分频器达到所述光伏板产生电能。
6.根据权利要求5所述的光伏供能的空气调节***，其特征在于，所述太阳能分频器分频产生的低频太阳光经所述太阳能分频器反射达到太阳能集热器。
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