專利名稱：一種光伏光熱蓄能熱泵系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能集熱、蓄能熱泵領域，具體地說涉及一種光伏光熱蓄能熱泵系統(tǒng)。
背景技術：
近年來，熱泵技術發(fā)展迅速，由于其具有高效節(jié)能的優(yōu)點越來越受到重視。在相同條件下，熱泵熱水裝置的用電量僅僅是電熱水器的1/3到1/4，因此，其節(jié)能潛力巨大。但熱泵裝置在很多領域的應用穩(wěn)定性欠佳。太陽能熱泵可以有效利用太陽能，降低集熱成本，但太陽能本身因緯度、天氣、季節(jié)等因素不穩(wěn)定，太陽能不足時加熱效果不行，太陽能持續(xù)充足的話加熱過度容易燙傷使用者。太陽能光伏發(fā)電是利用半導體的光伏效應將光能轉換為電能。在太陽能光伏發(fā)電的實際應用中，光伏設備的光-電轉換效率一直受到人們的關注。對于現(xiàn)在的光伏電池而言，表面的太陽能有80%以上并未轉化為電能，而是轉化為熱能，使光伏電池溫度升高， 尤其在太陽輻照較強時，會導致光伏電池效率急劇下降。現(xiàn)有的光伏電池轉換效率只有 89Γ15%，如果不解決系統(tǒng)升溫的問題，光伏電池的轉換效果將大打折扣?，F(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)光伏光熱蒸發(fā)器，在光伏電池組件的背面構造出流道，通過流體(如制冷劑等)帶走熱量，降低光伏電池溫度，從而提高光伏電池轉換效率。但流體帶走的大量熱量都沒有引起人們的重視，并未被好好利用。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種光伏光熱蓄能熱泵系統(tǒng)，能有效利用光伏、光熱轉換的能量，并用于空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)制冷、制熱和供熱水的功能。技術方案為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種光伏光熱蓄能熱泵系統(tǒng)包括節(jié)流閥、 四通換向閥、室外換熱器、室內(nèi)換熱器、壓縮機、回熱器、光伏光熱蒸發(fā)器和內(nèi)設加熱盤管的熱水器；所述壓縮機出口經(jīng)熱水器的加熱盤管與四通換向閥連接，壓縮機的入口與四通換向閥相連，室外換熱器的一端與四通換向閥連接，另一端分為兩條支路，一條經(jīng)第一節(jié)流閥連通到光伏光熱蒸發(fā)器，另一條依次通過回熱器、第二節(jié)流閥連通到室內(nèi)換熱器，所述室內(nèi)換熱器另一端與四通換向閥連接；所述光伏光熱蒸發(fā)器另一端經(jīng)第三節(jié)流閥連通到回熱器的一個側口，所述回熱器的另一個側口與四通換向閥相連。本發(fā)明的光伏光熱蓄能熱泵系統(tǒng)，光伏電池組件與熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器結合成一體，構成光伏光熱蒸發(fā)器，系統(tǒng)接收到的太陽輻照中，短波輻照被光伏電池通過光伏轉換形成電流輸出，長波輻照通過光熱轉換作為熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)吸熱熱源。為了較好地利用這些熱源，一方面，由于熱泵系統(tǒng)工質的蒸發(fā)吸熱作用，光伏電池蒸發(fā)器工作在較低溫度范圍， 從而得到有效冷卻，光伏轉換效率和光熱轉換效率同時得到提高；另一方面，太陽輻射通過光熱轉換來作為熱泵系統(tǒng)的熱源，提高了熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)壓力，使得熱泵系統(tǒng)的能效比得到提高。這樣就使太陽能從光伏、光熱兩個方面得到高效利用。本發(fā)明在制冷工況時可向室內(nèi)供冷、供熱水，在制熱工況時可向室內(nèi)供暖、供熱水，還可以通過低溫中壓的制冷劑經(jīng)熱交換降低光伏電池的工作溫度，提高光伏電池的轉換效率。作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化和補充，本發(fā)明的光伏光熱蓄能熱泵系統(tǒng)還包括干燥過濾器、氣液分離器、液體分配器、室內(nèi)機組風機、室外機組風機，本發(fā)明還設有若干電磁閥用于控制系統(tǒng)通斷。再進一步的，本發(fā)明還設有電子控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對系統(tǒng)各個組件和電磁閥的控制。為了方便使用者獲得所需溫度的熱水，同時為了增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低系統(tǒng)隱患，所述壓縮機出口還設有一條用于釋放多余熱量的放熱旁路連通到四通換向閥。當經(jīng)壓縮機壓縮的制冷劑在熱水器的加熱盤管內(nèi)釋放足夠熱量達到既定溫度后，打開放熱旁路， 將制冷劑直接經(jīng)四通換向閥引入室外換熱器或室內(nèi)換熱器釋放熱量。對于制冷工況而言， 多余的熱量釋放到室外換熱器；對于制熱工況而言，多余的熱量進入室內(nèi)換熱器。為實現(xiàn)放熱旁路的通斷，所述放熱旁路設有電磁閥。所述光伏光熱蒸發(fā)器為管板式、翼管式、扁管式、蛇管式光伏光熱蒸發(fā)器的任意一種。所述光伏光熱蒸發(fā)器的盤管包括光管、螺紋管、翅片管的任意一種，盤管為紫銅管或鋁合金管制成。所述熱水器的加熱盤管包括螺旋盤管、蛇形盤管、U形盤管的任意一種，所述加熱盤管為光管、螺紋管、翅片管的任意一種，所述加熱盤管為紫銅管、鋁合金管、鋼管的任意一種制成。所述第一節(jié)流閥、第二節(jié)流閥、第三節(jié)流閥為熱力膨脹閥或電子膨脹閥。作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，為了使光伏電池提供的電能用于熱泵系統(tǒng)，所述光伏光熱蒸發(fā)器設有直流一交流逆變器，以實現(xiàn)向熱泵系統(tǒng)提供部分甚至是全部的電能。有益效果本發(fā)明的一種光伏光熱蓄能熱泵系統(tǒng)環(huán)保、節(jié)能、安全，充分利用了可再生能源，通過降低光伏電池的工作溫度，提高光伏電池的轉換效率，在制冷工況時可向室內(nèi)供冷、供熱水，在制熱工況時可向室內(nèi)供暖、供熱水。本發(fā)明實現(xiàn)了光伏利用、光熱利用和熱泵空調(diào)的一體化，系統(tǒng)性能高出原來單獨的各系統(tǒng)，太陽能總利用效率達到85%以上，太陽能光伏轉換效率達到20%以上，熱泵系統(tǒng)的能效比達到3. 5以上。


圖1是本發(fā)明制冷工況系統(tǒng)循環(huán)圖； 圖2是本發(fā)明制熱工況系統(tǒng)循環(huán)圖3是本發(fā)明制冷工況下的壓焓圖，圖中的字母與圖1中的字母對應，Pk表示冷凝壓力，Pm表示中間壓力，P。表示蒸發(fā)壓力；
圖4是本發(fā)明制熱工況下的壓焓圖，圖中的字母與圖2中的字母對應，Pk表示冷凝壓力，Pm表示中間壓力，P0表示蒸發(fā)壓力。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。參考圖1、圖2所示，本發(fā)明的光伏光熱蓄能熱泵系統(tǒng)包括四通換向閥1、室外換熱器2、室內(nèi)換熱器3、壓縮機4、回熱器5、光伏光熱蒸發(fā)器6和內(nèi)設加熱盤管7的熱水器8 ；壓縮機4出口經(jīng)熱水器8的加熱盤管7與四通換向閥1連接，壓縮機4的入口與四通換向閥1相連，室外換熱器3的一端與四通換向閥1連接，另一端分為兩條支路，一條經(jīng)第一節(jié)流閥9連通到光伏光熱蒸發(fā)器6，另一條依次通過回熱器5、第二節(jié)流閥10連通到室內(nèi)換熱器3，室內(nèi)換熱器3另一端與四通換向閥1連接；光伏光熱蒸發(fā)器6另一端經(jīng)第三節(jié)流閥11 連通到回熱器5的一個側口，回熱器5的另一個側口與四通換向閥1相連。壓縮機4出口還設有一條用于釋放多余熱量的放熱旁路12連通到四通換向閥1，放熱旁路12設有第一電磁閥13。第一節(jié)流閥9、第二節(jié)流閥10、第三節(jié)流閥11為熱力膨脹閥，也可替換為電子膨脹閥。光伏光熱蒸發(fā)器6設有直流一交流逆變器14，通過電纜相連，直流一交流逆變器14輸出220V交流電，供熱泵系統(tǒng)運行。熱水器8設有冷水入口和熱水出口，冷水入口設有第二電磁閥15。在室外換熱器2與第一節(jié)流閥9、室外換熱器2與回熱器5之間分別設有第三電磁閥16和第四電磁閥17。本發(fā)明的與單一的熱泵系統(tǒng)、光伏系統(tǒng)和光熱系統(tǒng)相比較，性能都有一定程度的提高。一方面，由于熱泵系統(tǒng)工質的蒸發(fā)吸熱作用，光伏電池蒸發(fā)器工作在較低溫度范圍， 從而得到有效冷卻，光伏轉換效率和光熱轉換效率同時得到提高；另一方面，太陽輻射通過光熱轉換來作為熱泵系統(tǒng)的熱源，提高了熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)壓力，使得熱泵系統(tǒng)的能效比得到提高。為了更好地對本發(fā)明進行闡述，下面分別就該系統(tǒng)的制冷工況和制熱工況進行說明。參考圖1、圖3所示，當本發(fā)明的光伏光熱蓄能熱泵系統(tǒng)在制冷工況時，四通換向閥1處于制冷位置，即熱水器8出口經(jīng)四通換向閥1連通到室外換熱器2，而室內(nèi)換熱器3 的出口經(jīng)四通換向閥1連通到壓縮機4入口。第三電磁閥16、第四電磁閥17是打開的。從室外換熱器2流出的制冷劑液體分為兩條支路，一條通過回熱器5、第二節(jié)流閥10節(jié)流降壓后，流入室內(nèi)換熱器內(nèi)3蒸發(fā)吸熱，產(chǎn)生制冷效果；另一條經(jīng)第一節(jié)流閥9節(jié)流降壓到中間壓力后，流入光伏光熱蒸發(fā)器6內(nèi)蒸發(fā)吸收光伏電池產(chǎn)生的熱量，使光伏電池的工作溫度降低，從而提高光伏電池的轉換效率。從圖3可以看出，等焓線段c-d表示制冷劑在第一節(jié)流閥9節(jié)流降壓作用下從冷凝壓力降為中間壓力，降壓后的制冷劑吸收了光伏電池產(chǎn)生的熱量；等焓線段e-f表示制冷劑在第三節(jié)流閥11節(jié)流降壓作用下從中間壓力降為蒸發(fā)壓力，使制冷劑以蒸氣形態(tài)進入壓縮機4進行下一次循環(huán)。從光伏光熱蒸發(fā)器6流出的制冷劑經(jīng)第三節(jié)流閥11降壓到蒸發(fā)壓力后經(jīng)回熱器5—側入口進入回熱器5內(nèi)進行吸熱，請參考圖3，由于一路的制冷劑在回熱器5的蒸發(fā)吸熱，使另一路進入回熱器5的制冷劑過冷，如圖3中的等壓線段c_g，從而實現(xiàn)了制冷劑過冷效果，以便增加室內(nèi)換熱器3的制冷量。在室內(nèi)換熱器3和回熱器5內(nèi)吸熱后的制冷劑蒸氣匯合后經(jīng)四通換向閥1進入壓縮機4，制冷劑蒸氣經(jīng)壓縮機4壓縮后排出，進入熱水器8內(nèi)的加熱盤管7使熱水器8內(nèi)的水加熱升溫， 提供生活用水，從熱水器8加熱盤管7流出的制冷劑蒸氣，再經(jīng)四通換向閥1流進室外換熱器2繼續(xù)放出熱量，冷凝形成制冷劑液體。參考圖2、圖4所示，當本發(fā)明的光伏光熱蓄能熱泵系統(tǒng)在制熱工況時，四通換向閥1處于制熱位置，即熱水器8出口經(jīng)四通換向閥1連通到室內(nèi)換熱器3，而室外換熱器2 出口經(jīng)四通換向閥1連通到壓縮機4入口。制冷劑由壓縮機4壓縮后排出，流入熱水器8 的加熱盤管7使熱水器8中的水加熱升溫，提供生活用熱水，如圖4中等壓線段b-k，從熱水器8加熱盤管7流出的制冷劑分別流入室內(nèi)換熱器3和回熱器5進一步放出熱量，室內(nèi)換熱器3向室內(nèi)放熱供暖。冷凝后的制冷劑液體經(jīng)第二節(jié)流閥10節(jié)流降壓，如圖4中等焓線段h-g所示，降壓后的制冷劑流入回熱器5蒸發(fā)吸熱，如圖4中等壓線段g-i所示，從而使回熱器5—側入口流入的制冷劑得到過冷，經(jīng)另一側出口流出，經(jīng)第三節(jié)流閥11節(jié)流降壓到中間壓力后，流入光伏光熱蒸發(fā)器6內(nèi)蒸發(fā)吸收光伏電池產(chǎn)生的熱量，如圖4中等壓線段e-d所示，使光伏電池的工作溫度降低，提高光伏電池的轉換效率。由于第二節(jié)流閥10 的節(jié)流降壓作用，使從回熱器5出來的制冷劑過冷，如圖4中等壓線段k-f所示，增加了從光伏光熱蒸發(fā)器6的吸熱量。從光伏光熱蒸發(fā)器6流出的制冷劑經(jīng)第一節(jié)流閥9節(jié)流降壓到蒸發(fā)壓力后，如圖4中等焓線段d-c，與從回熱器5流出的制冷劑匯合，流入室外換熱器2 內(nèi)蒸發(fā)吸收室外環(huán)境的熱量，蒸發(fā)氣化后的制冷劑經(jīng)四通換向閥1被壓縮機4吸入壓縮。本發(fā)明放熱旁路12的設計用于解決熱泵系統(tǒng)存在的穩(wěn)定性缺陷，將多余的熱量排出，在制冷工況和制熱工況下都可以使用。當熱水器8的水溫達到設定溫度時，為了防止水溫繼續(xù)升高，打開放熱旁路12的第一電磁閥13，從壓縮機4排出的大部分制冷劑蒸氣經(jīng)第一電磁閥13和四通換向閥1流進室外換熱器2放出熱量。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種光伏光熱蓄能熱泵系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括四通換向閥(1)、室外換熱器(2)、室內(nèi)換熱器(3)、壓縮機(4)、回熱器(5)、光伏光熱蒸發(fā)器(6)和內(nèi)設加熱盤管(7) 的熱水器(8 )；所述壓縮機(4 )出口經(jīng)熱水器(8 )的加熱盤管(7 )與四通換向閥(1)連接，壓縮機(4)的入口與四通換向閥(1)相連，室外換熱器(2)的一端與四通換向閥(1)連接，另一端分為兩條支路，一條經(jīng)第一節(jié)流閥(9)連通到光伏光熱蒸發(fā)器(6)，另一條依次通過回熱器(5)、第二節(jié)流閥(10)連通到室內(nèi)換熱器(3)，所述室內(nèi)換熱器(3)另一端與四通換向閥(1)連接；所述光伏光熱蒸發(fā)器(6 )另一端經(jīng)第三節(jié)流閥(11)連通到回熱器(5 )的一個側口，所述回熱器(5)的另一個側口與四通換向閥(1)相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種光伏光熱蓄能熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述壓縮機(4) 出口還設有一條用于釋放多余熱量的放熱旁路(12 )連通到四通換向閥(1)。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種光伏光熱蓄能熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述放熱旁路 (12)設有電磁閥(13)。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種光伏光熱蓄能熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述光伏光熱蒸發(fā)器(6)為管板式、翼管式、扁管式、蛇管式光伏光熱蒸發(fā)器的任意一種。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種光伏光熱蓄能熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述光伏光熱蒸發(fā)器(6 )設有直流-交流逆變器(14 )。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種光伏光熱蓄能熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述第一節(jié)流閥 (9)、第二節(jié)流閥(10)、第三節(jié)流閥(11)為熱力膨脹閥或電子膨脹閥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光伏光熱蓄能熱泵系統(tǒng)，屬于太陽能集熱、蓄能熱泵領域。本發(fā)明將光伏光熱蒸發(fā)器和蓄能熱泵結合起來，通過與四通換向閥和若干節(jié)流閥的連接實現(xiàn)了在制冷工況時可向室內(nèi)供冷、供熱水，在制熱工況時可向室內(nèi)供暖、供熱水，同時通過降低光伏電池的工作溫度，提高光伏電池的轉換效率。本發(fā)明環(huán)保、節(jié)能、安全，系統(tǒng)能效高出原來單獨的各系統(tǒng)，使光伏轉換效率、光熱轉換效率、熱泵系統(tǒng)能效都得到提高。
文檔編號F25B29/00GK102494439SQ201110403449
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權日2011年12月7日
發(fā)明者單鋒, 方貴銀, 曹磊, 陳智 申請人:南京大學