CN213901222U - 一种光伏光热一体化与太阳能复合热泵供暖*** - Google Patents

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Abstract

实用新型涉及一种光伏光热一体化与太阳能复合热泵供暖***，该***包括光伏光热一体化装置、太阳能集热蓄热装置和热泵***。所述光伏光热一体化装置包括光伏光热板、电磁阀、变频水泵、光伏组件、压缩机接线口等，所述太阳能集热蓄热装置包括太阳能集热器、相变蓄热装置、变频水泵、电磁阀等，所述热泵***包括压缩机、四通换向阀、单向阀、电磁阀、电子膨胀阀、水源蒸发器、直膨式蒸发器等，以上最终与换热水箱换热通过第四变频水泵与末端循环。该***结合PVT与热泵的优势，既产电产热又避免了空气源热泵在严寒或低温天气频繁化霜导致的机组能效降低，保障了末端采暖需求且节能环保。

Description

一种光伏光热一体化与太阳能复合热泵供暖***
技术领域：
本实用新型属于热泵与太阳能利用领域，具体涉及一种光伏光热一体化与太阳能复合热泵供暖***。
背景技术：
近年来，随着世界范围内不可再生资源持续开发使用，能源匮乏趋势不可避免，不可再生能源消耗问题日益严峻，各国纷纷寻求可再生能源的开发与利用，寻找有效可利用的可持续能源，如太阳能、风能等。在我国，煤炭资源消耗仍然占据首位，燃煤供暖造成的污染不得不引起重视。随着北方供暖季煤改电政策的推进，催生出诸如热泵、燃气壁挂炉取暖等替代物。
然而，水源热泵是以水作为低品位热源，通过少量高品位电能驱动将水中的低位热能转化为高品位热能的热量提升装置。相比于在北方煤改电政策下较受欢迎的空气源热泵，在较低环境温度下空气源热泵易结霜，如果处理不好容易导致***工作异常，影响采暖效果。以高于环境空气温度的一定水温与制冷剂换热通过做功提升热量避免了热泵结霜问题。直膨式太阳能热泵通过利用制冷剂在蒸发器中直接吸收太阳能热量而蒸发，因此具有较高的热性能，制冷剂作为太阳能吸收工质与水作为吸收工质相比可以防止太阳能集热器冰冻，且减少了换热设备，结构更加紧凑。而太阳能光伏光热一体化技术一方面利用光伏组件进行发电，供用电设备使用；另一方面光伏组件背面的热量进行回收，既可以发电又能供热，缺陷是在能量转换和利用中易受当地气候条件影响，所以较适用于太阳辐射日照量高的地区。太阳能热水集热器作为单独***也可以充分利用太阳能制取热水或者与其它***联合供暖等发挥出自身的性能优势。
从能源利用和清洁供暖的角度考虑，亟需一种根据地区需要的高效节能的供暖***，在低环境温度下也能克服实际运行中的低性能问题。
结合以上分析，本实用新型从热泵***与太阳能热利用结合的思路出发，提出一种光伏光热一体化与太阳能复合热泵供暖***，尤其解决高寒地区的供暖问题。
实用新型内容：
本实用新型为解决现有技术方案中的不足，保障清洁供暖效果，提出一种光伏光热一体化与太阳能复合热泵供暖***。提供如下技术方案：
本实用新型是一种光伏光热一体化与太阳能复合热泵供暖***，其特征在于，包括PVT光伏光热一体化装置、太阳能集热蓄热装置和热泵***；其中：
热泵***包括水源热泵和直膨式热泵，水源热泵包括第一压缩机出口经第一电磁阀与换热水箱水源热泵冷凝盘管入口连接，水源热泵冷凝盘管出口与第一电子膨胀阀进入水源蒸发器回到第一压缩机；直膨式热泵包括第二压缩机出口经第二电磁阀与换热水箱直膨式热泵冷凝器入口连接，直膨式热泵冷凝器出口与第二电子膨胀阀进入直膨式蒸发器回到第一压缩机。
PVT光伏光热一体化装置包括PVT光伏光热板光伏侧出口与光伏组件入口连接，光伏组件出口与第一压缩机接线口和第二压缩机接线口连接；PVT光伏光热板光热侧出口分为两路，其中一路经第四电磁阀与换热水箱PVT光伏光热水侧入口连接，换热水箱PVT光伏光热水侧出口与第二变频水泵入口连接，另一路经第三电磁阀与水源蒸发器入口连接，水源蒸发器出口与第一变频水泵连接，第一变频水泵出口和第二变频水泵出口与PVT光伏光热板入口连接。
太阳能集热蓄热装置包括白天时段太阳能集热器与相变蓄热装置入口连接，相变蓄热装置出口经第三变频水泵与太阳能集热器入口连接；夜间时段太阳能集热器经第五电磁阀与相变蓄热装置水侧入口连接进入换热水箱，换热水箱经相变蓄热装置水侧出口与相变蓄热装置连接。
进一步的，第一压缩机与第二压缩机为两个独立循环的热泵***的动力装置。
进一步的改进在于，换热水箱内设置有温度检测的温度传感器，温度传感器的输出端接至控制器，控制器分别连接第三电磁阀的控制端、第四电磁阀的控制端、第一变频水泵的控制端、第二变频水泵的控制端，用于控制第三电磁阀、第四电磁阀开关和调节第一变频水泵、第二变频水泵。
进一步的改进在于，相变蓄热装置内设置有温度检测的温度传感器，温度传感器的输出端接至控制器，控制器分别连接第三变频水泵的控制端和第五电磁阀的控制端，用于控制第五电磁阀的开关和调节第三变频水泵。
进一步的改进在于，光伏组件包括汇流箱、逆变器、控制器、蓄电池和转换器；太阳能电池组件产生的电能依次经过汇流箱、控制器、转换器储存在蓄电池，经逆变器转化为交流电供第一压缩机和第二压缩机使用。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
1.本实用新型实现了多热源耦合利用供暖，对可再生能源太阳能的充分利用，使***更加高效环保。
2.本实用新型通过对各个单一热源***的集成与互补，弥补了自身***的弊处，提升了整体***的性能。对太阳能集热器、水源热泵、直膨式热泵和PVT光伏光热一体化进行集成发挥各自作用。
3.本实用新型在太阳辐射照度较强时，利用PVT光伏光热板发电并提供热水，直膨式热泵高效工作，太阳能集热管集热提供热水将热量储存在相变蓄热装置中，提升了太阳能利用率。
4.本实用新型在太阳辐射照度较低时，利用PVT光伏光热板提供低温热水，进入水源热泵蒸发侧换热器吸热，再通过冷凝测换热器将用水温度提升至所需温度。
5.本实用新型在夜间时段，只相变蓄热装置将储存的热量释放出来与换热水箱换热共给末端用户使用。
综上所诉，本实用新型的一种光伏光热一体化与太阳能复合热泵供暖***，将PVT光伏光热一体化与太阳能集热器和热泵机组有机的结合在一起，实现多种不同的运行模式，保证了末端供暖***的稳定性，提高了***联合供热时的能效，有效解决北方极寒环境、极寒地带采暖的难题。
附图说明
附图用来帮助对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，同时与本实用新型的具体实施方式一起用于解释本实用新型，附图如下：
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型白天太阳辐射照度较强时***供热模式工作原理图；
图3是本实用新型白天太阳辐射照度较低时***供热模式工作原理图；
图4是本实用新型夜间时段***供热模式工作原理图；
附图符号说明：1为第一压缩机、2为第一单向阀、3为第一四通换向阀、4为第一电磁阀、5为换热水箱、6为第一电子膨胀阀、7为水源蒸发器、8为第二压缩机、9为第二单向阀、10为第二四通换向阀、11为第二电磁阀、12为第二电子膨胀阀、13为直膨式蒸发器、14为PVT光伏光热板、15为第三电磁阀、16为第一变频水泵、17为第四电磁阀、18为第二变频水泵、19为太阳能集热器、20为相变蓄热装置、21为第三变频水泵、22为第五电磁阀、23为光伏组件、24为第四变频水泵、a为第一压缩机接线口、b为第二压缩机接线口、A为相变蓄热装置水侧入口、B为相变蓄热装置水侧出口、C为PVT光伏光热水侧入口、D为PVT光伏光热水侧出口、E为水源热泵冷凝盘管出口、F直膨式热泵冷凝盘管出口、G为水源热泵冷凝盘管入口、H直膨式热泵冷凝盘管入口。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型实施例作进一步说明，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本实用新型，但不作为对本实用新型的限定。
本实用新型是一种光伏光热一体化与太阳能复合热泵供暖***，其特征在于，包括PVT光伏光热一体化装置、太阳能集热蓄热装置和热泵***；其中：
热泵***包括水源热泵和直膨式热泵，水源热泵包括第一压缩机(1)出口经第一电磁阀(4)与换热水箱(5)水源热泵冷凝盘管入口(G)连接，水源热泵冷凝盘管出口(G)与第一电子膨胀阀(6)进入水源蒸发器(7)回到第一压缩机(1)；直膨式热泵包括第二压缩机(8)出口经第二电磁阀(11)与换热水箱(5)直膨式热泵冷凝器入口(H)连接，直膨式热泵冷凝器出口(F)与第二电子膨胀阀(12)进入直膨式蒸发器(13)回到第一压缩机(8)。
PVT光伏光热一体化装置包括PVT光伏光热板(14)光伏侧出口与光伏组件(23)入口连接，光伏组件(23)出口与第一压缩机接线口(a)和第二压缩机接线口(b)连接；PVT光伏光热板(14)光热侧出口分为两路，其中一路经第四电磁阀(17)与换热水箱(5)PVT光伏光热水侧入口(C)连接，换热水箱(5)PVT光伏光热水侧出口(D)与第二变频水泵(18)入口连接，另一路经第三电磁阀(15)与水源蒸发器(7)入口连接，水源蒸发器(7)出口与第一变频水泵(16)连接，第一变频水泵(16)出口和第二变频水泵(18)出口与PVT光伏光热板(14)入口连接。
太阳能集热蓄热装置包括白天时段太阳能集热器(19)与相变蓄热装置(20)入口连接，相变蓄热装置(20)出口经第三变频水泵(21)与太阳能集热器(19)入口连接；夜间时段太阳能集热器(19)经第五电磁阀(22)与相变蓄热装置水侧入口(A)连接进入换热水箱(5)，换热水箱(5)经相变蓄热装置水侧出口(B)与相变蓄热装置(20)连接。
本实用新型中第一压缩机(1)与第二压缩机(8)为两个独立循环的热泵***的动力装置。
本实用新型中换热水箱(5)内设置有温度检测的温度传感器，温度传感器的输出端接至控制器，控制器分别连接第三电磁阀(15)的控制端、第四电磁阀(17)的控制端、第一变频水泵(16)的控制端、第二变频水泵(18)的控制端，用于控制第三电磁阀(15)、第四电磁阀(17)开关和调节第一变频水泵(16)、第二变频水泵(18)。
本实用新型中相变蓄热装置(20)内设置有温度检测的温度传感器，温度传感器的输出端接至控制器，控制器分别连接第三变频水泵(21)的控制端和第五电磁阀(22)的控制端，用于控制第五电磁阀(22)的开关和调节第三变频水泵(21)。
本实用新型中光伏组件(23)包括汇流箱、逆变器、控制器、蓄电池和转换器；太阳能电池组件产生的电能依次经过汇流箱、控制器、转换器储存在蓄电池，经逆变器转化为交流电供第一压缩机(1)和第二压缩机(2)使用。
以下为本实用新型白天太阳辐射照度较强时***供热模式、白天太阳辐射照度较低时***供热模式和夜间时段***供热模式的具体流程。
白天太阳辐射照度较强时***供热模式参见图2：
光伏发电模式：PVT光伏光热板(14)产生的电能通过蓄电池储存起来，经逆变器转换为AC220V，供给第一压缩机(1)和第二压缩机(8)使用。光伏供热模式：第三电磁阀(15)关闭，第四电磁阀(17)打开。回水经第二变频水泵(18)进入PVT光伏光热板(14)，水被加热后经第四电磁阀(17)流进换热水箱(5)，完成循环。直膨式热泵工作模式：制冷剂经第二压缩机(8)压缩为高温高压的气体，在换热水箱(5)内经冷凝器与水换热，冷却后经第二电子膨胀阀(12)节流降压，在直膨式蒸发器(13)蒸发吸热，最后回到第二压缩机(8)。太阳能集热器集热模式：太阳能集热器***(19)加热的热水进入相变蓄热装置(20)后经第三变频水泵(21)回到太阳能集热器(19)。
白天太阳辐射照度较低时***供热模式参见图3：
水源热泵工作模式：制冷剂经第一压缩机(1)压缩为高温高压的气体，在换热水箱(5)内经冷凝器与水换热，冷却后经第一电子膨胀阀(6)节流降压，在水源蒸发器(7)蒸发吸热，最后回到第一压缩机(1)。其中，水源蒸发端的低温热水为来自PVT光伏光热板(14)在太阳辐射照度较低时产生的约30℃以下的水温与制冷剂换热，直膨式热泵工作模式与太阳能集热器集热模式说明同上。
夜间时段***供热模式参见图4：
热泵***不工作，第一电磁阀(4)与第二电磁阀(11)和第四电磁阀(17)关闭，第五电磁阀(22)打开。相变蓄热装置(20)白天蓄积的热量与换热水箱(5)换热后向末端用户供暖。
以上为本实用新型较佳的实施方式，虽然已经对本实用新型进行了详细描述，以上所述的实施例，只是本实用新型的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本实用新型技术方案作出的的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种光伏光热一体化与太阳能复合热泵供暖***，其特征在于，包括PVT光伏光热一体化装置、太阳能集热蓄热装置和热泵***，其中：
热泵***包括水源热泵和直膨式热泵，水源热泵包括第一压缩机(1)出口经第一电磁阀(4)与换热水箱(5)水源热泵冷凝盘管入口(G)连接，水源热泵冷凝盘管出口(E)与第一电子膨胀阀(6)进入水源蒸发器(7)回到第一压缩机(1)；直膨式热泵包括第二压缩机(8)出口经第二电磁阀(11)与换热水箱(5)直膨式热泵冷凝器入口(H)连接，直膨式热泵冷凝器出口(F)与第二电子膨胀阀(12)进入直膨式蒸发器(13)回到第一压缩机(1)；
PVT光伏光热一体化装置包括PVT光伏光热板(14)光伏侧出口与光伏组件(23)入口连接，光伏组件(23)出口与第一压缩机接线口(a)和第二压缩机接线口(b)连接；PVT光伏光热板(14)光热侧出口分为两路，其中一路经第四电磁阀(17)与换热水箱(5)PVT光伏光热水侧入口(C)连接，换热水箱(5)PVT光伏光热水侧出口(D)与第二变频水泵(18)入口连接，另一路经第三电磁阀(15)与水源蒸发器(7)入口连接，水源蒸发器(7)出口与第一变频水泵(16)连接，第一变频水泵(16)出口和第二变频水泵(18)出口与PVT光伏光热板(14)入口连接；
太阳能集热蓄热装置包括白天时段太阳能集热器(19)与相变蓄热装置(20)入口连接，相变蓄热装置(20)出口经第三变频水泵(21)与太阳能集热器(19)入口连接；夜间时段太阳能集热器(19)经第五电磁阀(22)与相变蓄热装置水侧入口(A)连接进入换热水箱(5)，换热水箱(5)经相变蓄热装置水侧出口(B)与相变蓄热装置(20)连接。
2.根据权利要求1所述的一种光伏光热一体化与太阳能复合热泵供暖***，其特征在于，第一压缩机(1)与第二压缩机(8)为两个独立循环的热泵***的动力装置。
3.根据权利要求1所述的一种光伏光热一体化与太阳能复合热泵供暖***，其特征在于，换热水箱(5)内设置有温度检测的温度传感器，温度传感器的输出端接至控制器，控制器分别连接第三电磁阀(15)的控制端、第四电磁阀(17)的控制端、第一变频水泵(16)的控制端、第二变频水泵(18)的控制端，用于控制第三电磁阀(15)、第四电磁阀(17)开关和调节第一变频水泵(16)、第二变频水泵(18)。
4.根据权利要求1所述的一种光伏光热一体化与太阳能复合热泵供暖***，其特征在于，相变蓄热装置(20)内设置有温度检测的温度传感器，温度传感器的输出端接至控制器，控制器分别连接第三变频水泵(21)的控制端和第五电磁阀(22)的控制端，用于控制第五电磁阀(22)的开关和调节第三变频水泵(21)。
5.根据权利要求1所述的一种光伏光热一体化与太阳能复合热泵供暖***，其特征在于，光伏组件(23)包括汇流箱、逆变器、控制器、蓄电池和转换器；太阳能电池组件产生的电能依次经过汇流箱、控制器、转换器储存在蓄电池，经逆变器转化为交流电供第一压缩机(1)和第二压缩机(8)使用。
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