CN114383184A - 一种高效大面积平板太阳能集热器及太阳能供热*** - Google Patents

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Abstract

一种高效大面积平板太阳能集热器及太阳能供热***，属于采暖技术领域，包括采暖蓄热循环***、供热循环***、用热循环***、电池***和控制***；采暖蓄热循环***包括太阳能发热发电一体化组件、土壤蓄热***、冷却泵、第一分集水器、第二分集水和热泵；太阳能发热发电一体化组件、冷却泵、第一分集水器、热泵、第二分集水器和土壤蓄热***之间首尾相接形成第二循环回路；供热循环***包括水箱和蓄热水泵，热泵、水箱和蓄热水泵之间首尾相接形成第三循环回路；用热循环***包括用户终端、第三分集水器和负荷侧水泵，太阳能发热发电一体化组件给冷却泵、热泵、蓄热水泵和负荷侧水泵供电，通过使用太阳能发热发电一体化组件作为热源和电源，实现能源自给自足。

Description

一种高效大面积平板太阳能集热器及太阳能供热***
技术领域
本发明涉及采暖技术领域，尤其是一种高效大面积平板太阳能集热器及太阳能供热***。
背景技术
专利《 CN201911391446.0 一种基于多模式供热的采暖***》所述的大型跨季节采暖***多采用集热场与蓄热水体、辅助热源进行耦合的方式为例，***中的控制用电和动力用电都需要电网的支撑；在偏远地区存在重复投资、供电不稳导致的供热不稳等问题。
专利《CN201910436743.6智能控制土壤蓄热型太阳能供热综合***》所述的土壤蓄热技术可以用太阳能集热器作为***的热源，可以达到较高的蓄热温度，直接给末端进行供暖。土壤蓄热技术和太阳能发热发电一体化组件进行耦合时，蓄热的温度相应降低，但可以在温度达不到直接使用条件时作为热泵的热源进行二次提取。太阳能集热器只作为热源使用，无法作为电源给***提供电量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足提供一种基于太阳能发热发电技术与土壤蓄热技术实现偏远地区能源自给型跨季节采暖***，太阳能发热发电一体化组件既能够作为热源也可以作为电源，实现能源自给自足的高效大面积平板太阳能集热器及太阳能供热***。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，本发明是一种高效大面积平板太阳能集热器及太阳能供热***，其特点是，包括采暖蓄热循环***、供热循环***、用热循环***、电池***和控制***；
采暖蓄热循环***包括太阳能发热发电一体化组件、土壤蓄热***、冷却泵、第一分集水器、第二分集水器和热泵；所述太阳能发热发电一体化组件通过第一热水出水管与热泵连接，热泵通过第一回水管与土壤蓄热***连接，土壤蓄热***通过冷热水管路与太阳能发热发电一体化组件连接，所述冷却泵和第一分集水器安装在第一热水出水管上，所述第二分集水器安装在第一回水管上，第一分集水器和第二分集水器之间通过管路接通；所述太阳能发热发电一体化组件、冷却泵、第一分集水器、第二分集水器和土壤蓄热***之间首尾相接形成第一循环回路；所述太阳能发热发电一体化组件、冷却泵、第一分集水器、热泵、第二分集水器和土壤蓄热***之间首尾相接形成第二循环回路；
供热循环***包括水箱和蓄热水泵，所述热泵和水箱进热侧之间通过第二热水出水管和第二回水管连接，所述热泵、水箱和蓄热水泵之间首尾相接形成第三循环回路；当水箱温度不足时，启动冷却泵，取出太阳能发热发电一体化组件和土壤蓄热***中的低位热能并通过热泵升温，蓄热水泵对水箱进行加热；
用热循环***包括用户终端、第三分集水器和负荷侧水泵，所述水箱供热侧与采暖用户之间通过第三热水出水管和第三回水管连接，第三回水管上设有分流阀，所述第三分集水器和负荷侧水泵安装在第三冷水回水管上，所述水箱、用户终端、第三分集水器和负荷侧水泵首尾相接形成第四循环回路；
所述太阳能发热发电一体化组件给冷却泵、热泵、蓄热水泵和负荷侧水泵供电；
在非采暖季，太阳能发热发电一体化组件通过第二循环回路给土壤蓄热体充热；充热的过程保持太阳能发热发电一体化组件工作处于低温度和高发电效率；
在采暖季，当土壤蓄热***的温度能够达到直接采暖需求时，驱动冷却泵从土壤蓄热***取热，直接给用户终端供热；此时太阳能发热发电一体化组件富裕的发电量给外电网提供支撑或存储在本地的电池***中；
在采暖季，当土壤蓄热***的温度不满足直接采暖需求时，驱动冷却泵从土壤蓄热***取热，通过热泵二次提取后给用户终端供热。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述分流阀通过管路与第三分集水器连接，所述水箱、分流阀、第三分集水器和负荷侧水泵首尾相接形成第五循环回路。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述控制***包括用户采暖控制器、供水温度控制器和水箱温度控制器，当用户采暖控制器探测到有采暖需求时，经过计算得到相应的采暖流量和供水温度设定值，通过供水温度控制器调整分流阀和负荷侧水泵实现采暖需求。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.通过使用太阳能发热发电一体化组件作为热源和电源，实现能源自给自足，解决了在偏远地区存在重复投资、供电不稳导致的供热不稳等问题。
2.本发明中通过热泵来弥补采暖蓄热***供热不足的工况下的热量缺口，确保用户终端热量的稳定。
3.土壤蓄热***能够在热量充足时储存热量，在热量不足时为用户终端进行供热，保证***运行效率。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图（箭头为介质流向）；
图中：1. 用户终端，2.第三分集水器，3.负荷侧水泵，4.水箱，5.蓄热水泵，6.热泵，7.第二分集水器，8. 土壤蓄热***，9. 太阳能发热发电一体化组件，10.电池***，11.冷却泵，12. 第一分集水器，13.分流阀，14-1.用户采暖控制器，14-2.供水温度控制器，14-3.水箱温度控制器。
具体实施方式
以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
参照图1，一种高效大面积平板太阳能集热器及太阳能供热***，包括采暖蓄热循环***、供热循环***、用热循环***、电池***和控制***；
采暖蓄热循环***包括太阳能发热发电一体化组件9、土壤蓄热***8、冷却泵11、第一分集水器12、第二分集水器7和热泵6；所述太阳能发热发电一体化组件通过第一热水出水管与热泵6连接，热泵通过第一回水管与土壤蓄热***连接，土壤蓄热***8通过冷热水管路与太阳能发热发电一体化组件9连接，所述冷却泵11和第一分集水器12安装在第一热水出水管上，所述第二分集水器安装在第一回水管上，第一分集水器和第二分集水器之间通过管路接通；所述太阳能发热发电一体化组件、冷却泵、第一分集水器、第二分集水器和土壤蓄热***之间首尾相接形成第一循环回路；所述太阳能发热发电一体化组件、冷却泵、第一分集水器、热泵、第二分集水器和土壤蓄热***之间首尾相接形成第二循环回路；
供热循环***包括水箱4和蓄热水泵5，所述热泵6和水箱进热侧之间通过第二热水出水管和第二回水管连接，所述热泵、水箱和蓄热水泵之间首尾相接形成第三循环回路；当水箱温度不足时，启动冷却泵，取出太阳能发热发电一体化组件和土壤蓄热***中的低位热能并通过热泵升温，蓄热水泵对水箱进行加热；
用热循环***包括用户终端1、第三分集水器2和负荷侧水泵3，所述水箱供热侧与采暖用户之间通过第三热水出水管和第三回水管连接，第三回水管上设有分流阀，所述第三分集水器2和负荷侧水泵3安装在第三冷水回水管上，所述水箱、用户终端、第三分集水器和负荷侧水泵首尾相接形成第四循环回路；
所述太阳能发热发电一体化组件给冷却泵、热泵、蓄热水泵和负荷侧水泵供电；
在非采暖季，太阳能发热发电一体化组件9通过第二循环回路给土壤蓄热体充热；充热的过程保持太阳能发热发电一体化组件工作处于低温度和高发电效率；
在采暖季，当土壤蓄热***的温度能够达到直接采暖需求时，驱动水泵从土壤蓄热***取热，直接给用户终端供热；此时太阳能发热发电一体化组件富裕的发电量给外电网提供支撑或存储在本地的电池***10中；
在采暖季，当土壤蓄热***的温度不满足直接采暖需求时，驱动水泵从土壤蓄热***取热，通过热泵二次提取后给用户终端供热。
所述第三热水出水管上设有分流阀，所述分流阀13通过管路与第三分集水器连接，所述水箱、分流阀、第三分集水器和负荷侧水泵首尾相接形成第五循环回路。
所述控制***包括用户采暖控制器14-1、供水温度控制器14-2和水箱温度控制器14-3，当用户采暖控制器探测到有采暖需求时，经过计算得到相应的采暖流量和供水温度设定值，通过供水温度控制器调整分流阀和负荷侧水泵实现采暖需求，用户采暖控制器与用户终端、分流阀和负荷侧水泵连接，水箱温度控制器与热泵和蓄热水泵连接，同时供水温度控制器与水箱温度控制器和水箱连接。用户采暖控制器、供水温度控制器和水箱温度控制器既可以是一个统一的集成控制器，也可以是由众多控制器组成起来的控制***。
一种基于太阳能发热发电一体化组件技术与土壤蓄热技术的能源自给型跨季节采暖***，其热源采用太阳能发热发电一体化组件，电源也为太阳能发热发电一体化组件提供，能够实现能源自给自足。
在非采暖季太阳能发热发电一体化组件给土壤蓄热***充热；同时充热的过程也能保持太阳能发热发电一体化组件工作保持在较低温度，太阳能发热发电一体化组件能达到更高的发电效率，太阳能发热发电一体化组件的热量通过冷却泵到达第一分集水器后到达第二分集水器，然后将热量传输到土壤蓄热***中。在春夏秋三季，这种方式既可以提升光伏板的发电效率，又可以将太阳能发热发电一体化组件产生的多余热能进行跨季节存储，起到很好的调峰作用。
在采暖季，当土壤蓄热***的温度能够达到直接采暖需求时，可以直接驱动冷却泵从土壤蓄热***取热，不需要热泵提供热量，通过第二循环回路、第三循环回路和第四循环回路直接给用户终端供热。此时太阳能发热发电一体化组件的发电量仍然有富裕，可以给外电网提供支撑或存储在本地的电池***中。
在采暖季，当土壤蓄热***的温度不满足直接采暖需求时，可以驱动冷却泵从土壤蓄热***取热，通过热泵二次提取热量后给用户终端供热。此时由于热源端较高的进水温度，热泵的COP可达4-7左右；同时太阳能发热发电一体化组件的发电功率刚好能够满足热泵满功率工作，完全不需要外部电力支持。

Claims (3)

1.一种高效大面积平板太阳能集热器及太阳能供热***，其特征在于，包括采暖蓄热循环***、供热循环***、用热循环***、电池***和控制***；
采暖蓄热循环***包括太阳能发热发电一体化组件、土壤蓄热***、冷却泵、第一分集水器、第二分集水器和热泵；所述太阳能发热发电一体化组件通过第一热水出水管与热泵连接，热泵通过第一回水管与土壤蓄热***连接，土壤蓄热***通过冷热水管路与太阳能发热发电一体化组件连接，所述冷却泵和第一分集水器安装在第一热水出水管上，所述第二分集水器安装在第一回水管上，第一分集水器和第二分集水器之间通过管路接通；所述太阳能发热发电一体化组件、冷却泵、第一分集水器、第二分集水器和土壤蓄热***之间首尾相接形成第一循环回路；所述太阳能发热发电一体化组件、冷却泵、第一分集水器、热泵、第二分集水器和土壤蓄热***之间首尾相接形成第二循环回路；
供热循环***包括水箱和蓄热水泵，所述热泵和水箱进热侧之间通过第二热水出水管和第二回水管连接，所述热泵、水箱和蓄热水泵之间首尾相接形成第三循环回路；当水箱温度不足时，启动冷却泵，取出太阳能发热发电一体化组件和土壤蓄热***中的低位热能并通过热泵升温，蓄热水泵对水箱进行加热；
用热循环***包括用户终端、第三分集水器和负荷侧水泵，所述水箱供热侧与采暖用户之间通过第三热水出水管和第三回水管连接，第三回水管上设有分流阀，所述第三分集水器和负荷侧水泵安装在第三回水管上，所述水箱、用户终端、第三分集水器和负荷侧水泵首尾相接形成第四循环回路；
所述太阳能发热发电一体化组件给冷却泵、热泵、蓄热水泵和负荷侧水泵供电；
在非采暖季，太阳能发热发电一体化组件通过第二循环回路给土壤蓄热体充热；充热的过程保持太阳能发热发电一体化组件处于低温度和高发电效率状态；
在采暖季，当土壤蓄热***的温度能够达到直接采暖需求时，驱动冷却泵从土壤蓄热***取热，直接给用户终端供热；此时太阳能发热发电一体化组件富裕的发电量给外电网提供支撑或存储在本地的电池***中；
在采暖季，当土壤蓄热***的温度不满足直接采暖需求时，驱动冷却泵从土壤蓄热***取热，通过热泵二次提取后给用户终端供热。
2.根据权利要求1所述的高效大面积平板太阳能集热器及太阳能供热***，其特征在于：所述分流阀通过管路与第三分集水器连接，所述水箱、分流阀、第三分集水器和负荷侧水泵首尾相接形成第五循环回路。
3.根据权利要求1所述的高效大面积平板太阳能集热器及太阳能供热***，其特征在于：所述控制***包括用户采暖控制器、供水温度控制器和水箱温度控制器，当用户采暖控制器探测到有采暖需求时，经过计算得到相应的采暖流量和供水温度设定值，通过供水温度控制器调整分流阀和负荷侧水泵实现采暖需求。
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