本技術屬于太陽能光伏發(fā)電以及空氣源熱泵，具體涉及一種近零碳排放的光伏-空氣源熱泵互補供能系統(tǒng)。

背景技術：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本實用新型相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

2、房屋建筑能耗屬于整體能源消耗的重要一部分，而且房屋建筑全過程碳排放總量在能源相關碳排放的比重較多，且其中的建筑運行階段碳排放占比靠前，因此，建筑運行階段的節(jié)能減碳是非常重要的。

3、空氣源熱泵系統(tǒng)是利用逆卡諾循環(huán)原理，不斷從空氣中吸收難以利用的低品位熱能，轉(zhuǎn)化為可用的高品位熱能，從而實現(xiàn)建筑內(nèi)供熱水、供暖。在制備同等體量和溫升熱水的情況下，空氣源熱泵的運行費用約為電熱水鍋爐的19.6％，約為燃氣鍋爐的27.4％。空氣源熱泵系統(tǒng)的性能系數(shù)(coefficient?of?performance,cop)在實際運行時受到多因素影響(主要包括環(huán)境氣象參數(shù)、運行參數(shù)、調(diào)控方案等)，其運行cop較低，還有較大的節(jié)能空間?？諝庠礋岜檬苁彝猸h(huán)境溫度的影響較大，環(huán)境溫度影響熱泵室外換熱器端的換熱，進而影響蒸發(fā)溫度，而熱泵的性能系數(shù)往往隨著蒸發(fā)溫度的升高而增大。特別是在低溫環(huán)境下，受制于壓縮機性能、室外換熱器性能和機組進水溫度，機組的能源效率明顯下降。

4、太陽能光伏發(fā)電是利用半導體界面的光生伏特效應將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術，主要由太陽電池板(組件)、控制器和逆變器三大部分組成。當前光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率僅為20％左右，實際應用時甚至更低，光伏組件接收的太陽輻射中大部分以熱能形式散失，導致光伏板工作溫度升高，當散熱不良時可高達80℃。光伏板工作溫度直接影響光電轉(zhuǎn)換效率和運行壽命，如晶體硅光伏電池板在溫度超過40℃后，表面溫度每升高1℃，光電轉(zhuǎn)換效率下降0.3％-0.5％；達到其工作溫度上限后，每升高10℃，老化速率加快一倍，高溫將加速電池熱降解，對其造成不可逆結構性損傷。

技術實現(xiàn)思路

1、本實用新型為了解決上述問題，提出了一種近零碳排放的光伏-空氣源熱泵互補供能系統(tǒng)，本實用新型以空氣為介質(zhì)從光伏組件處取光伏發(fā)電時產(chǎn)生的余熱，并利用余熱加熱熱泵室外換熱器的進風，提高熱泵端的蒸發(fā)溫度，特別是冬季時段，可避免蒸發(fā)器端由于溫度過低造成結霜、cop過低等問題，實現(xiàn)光伏組件冷卻、提升光電轉(zhuǎn)換效率和空氣源熱泵系統(tǒng)提質(zhì)增效，且光伏系統(tǒng)可為建筑和空氣源熱泵提供電力支持，助力實現(xiàn)建筑供能系統(tǒng)的低碳化或零碳化。

2、根據(jù)一些實施例，本實用新型采用如下技術方案：

3、一種近零碳排放的光伏-空氣源熱泵互補供能系統(tǒng)，包括光伏組件、空氣源熱泵子系統(tǒng)和氣流通道，其中：

4、所述光伏組件用于獲取太陽能，將一部分太陽能轉(zhuǎn)換為電能，大部分太陽能以熱能形式散失，利用散失的熱能加熱所述空氣源熱泵子系統(tǒng)的蒸發(fā)器的進風；

5、所述空氣源熱泵子系統(tǒng)，包括蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器、儲冷水箱、儲熱水箱和膨脹閥，所述蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑與空氣換熱，蒸發(fā)器的一端連接冷凝器，且連接管路上設置有壓縮機，冷凝器內(nèi)發(fā)生熱交換，生成的熱水通過管路輸送至儲熱水箱，儲熱水箱內(nèi)的熱水用于供給熱用戶使用，熱用戶回流的冷水輸送至儲冷水箱，所述儲冷水箱和冷凝器連接；冷凝器的另一端通過膨脹閥再次連接蒸發(fā)器，形成回路；

6、所述氣流通道，包括光伏組件背面的平行氣流通道、風道、控制閥、過濾器和風機，所述氣流通道即在光伏組件背面添加了一個與光伏組件平行的氣流通道，可供環(huán)境空氣流經(jīng)光伏組件背板，實現(xiàn)冷卻的目的；在光伏組件的背板處安裝了肋片，通過肋片強化空氣與光伏組件之間的換熱，可進一步提升光伏組件處的換熱，從而提高空氣冷卻光伏組件的冷卻效率；所述風機用于作用于所述氣流通道，將光伏組件處被光伏發(fā)電產(chǎn)生的余熱加熱后的空氣通過風道引至空氣源熱泵的蒸發(fā)器，以和蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑發(fā)生熱交換，從而提高空氣源熱泵的蒸發(fā)端溫度；所述風道包括光伏組件背板處的氣流通道和旁通風道，白天光伏發(fā)電時，環(huán)境空氣經(jīng)過光伏組件背板處的氣流通道，空氣被光伏發(fā)電時產(chǎn)生的余熱加熱，之后通過風機引至空氣源熱泵子系統(tǒng)的蒸發(fā)器端，與制冷劑在蒸發(fā)器發(fā)生熱交換；夜間光伏不發(fā)電時，環(huán)境空氣不經(jīng)過光伏組件背板處的氣流通道，環(huán)境空氣經(jīng)過過濾器通過旁通風道流到空氣源熱泵子系統(tǒng)的蒸發(fā)器端，即旁通風作為熱泵蒸發(fā)端的進風，以減少空氣流經(jīng)光伏組件背板處的氣流通道所帶來的阻力損失。

7、作為可選擇的實施方式，所述系統(tǒng)還包括第一支路，所述第一支路包括依次連接的蓄電池和逆變器，蓄電池的一端連接光伏組件，逆變器的另一端連接壓縮機，第一支路上設置有電表。

8、作為可選擇的實施方式，所述系統(tǒng)還包括第二支路，所述第二支路包括逆變器，所述逆變器的一端連接光伏組件，另一端連接壓縮機，第二支路上設置有電表。

9、作為可選擇的實施方式，所述壓縮機還連接有電網(wǎng)。

10、作為可選擇的實施方式，所述光伏組件背端并排設置有多個背板肋片，背板肋片下端設置有導流斜板，導流斜板和各背板肋片之間的空間，形成氣流通道。

11、作為進一步的實施方式，所述導流斜板和光伏組件平行設置；

12、所述氣流通道的長度與光伏組件長度相同，氣流通道的寬度與光伏組件總寬度相同，氣流通道的高度為30-1000mm；

13、所述背板肋片厚度為0.5-10mm；背板肋片的間距d與光伏組件的寬度b的關系為：d<b，背板肋片的高度e與氣流通道的高度n的關系為：e<n，肋片長度f與光伏組件的長度相同。

14、作為可選擇的實施方式，所述氣流通道通過管路連接至蒸發(fā)器，且所述管路上設置有第一控制閥；

15、還設置有旁通風道，旁通風道的進風口不經(jīng)過氣流通道，旁通風道上設置有過濾器，以及第二控制閥。

16、作為進一步的實施方式，所述風機設置于所述管路的末端。

17、作為可選擇的實施方式，所述儲熱水箱和熱用戶的熱負荷之間的連接管路上設置有水泵、控制閥和流量計。

18、作為可選擇的實施方式，所述儲冷水箱和冷凝器之間的連接管路上設置有水泵。

19、與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果為：

20、本實用新型提出了一種空氣源熱泵-太陽能光伏互補供能系統(tǒng)，以空氣為介質(zhì)從光伏組件處取光伏發(fā)電時產(chǎn)生的余熱，并用以加熱熱泵室外換熱器的進風，提高空氣源熱泵的蒸發(fā)溫度。通過環(huán)境冷空氣經(jīng)光伏背板，冷空氣吸收光伏發(fā)電過程產(chǎn)生的余熱，空氣被加熱；被加熱后的空氣通過風道引導至空氣源熱泵的蒸發(fā)器端，和直接與環(huán)境冷空氣進行換熱的空氣源熱泵相比，可提升空氣源熱泵的蒸發(fā)端溫度，從而提高空氣源熱泵的cop。

21、本實用新型在低溫環(huán)境中，熱泵的蒸發(fā)溫度較低，壓縮機的吸氣比容增大，但理論吸氣量不變，造成壓縮機質(zhì)量流量下降，系統(tǒng)的制熱量也相應降低，cop降低?？諝庠礋岜檬苁彝猸h(huán)境溫度的影響較大，環(huán)境溫度影響熱泵蒸發(fā)端的換熱，進而影響蒸發(fā)溫度，而熱泵的性能系數(shù)往往隨著蒸發(fā)溫度的升高而增大，特別是在低溫環(huán)境下，受制于壓縮機性能、蒸發(fā)器性能和機組進水溫度，機組的能源效率明顯下降?？諝鈴墓夥M件背板流過時，充分吸收了光伏組件的余熱，通過利用光伏發(fā)電時產(chǎn)生的余熱，加熱空氣源熱泵蒸發(fā)端溫度，實現(xiàn)余熱高效利用，提升空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的運行cop。

22、本實用新型在環(huán)境溫度較低且空氣濕度較大時，空氣源熱泵室外的換熱器易形成霜，嚴重影響空氣源熱泵與外界空氣之間的換熱，最終會導致空氣源熱泵的運行cop下降，以空氣為介質(zhì)從光伏組件處取光伏發(fā)電時產(chǎn)生的余熱，并用以加熱熱泵室外蒸發(fā)器的進風，可提高蒸發(fā)端的溫度，可以緩解熱泵結霜的問題。

23、光伏組件既可為空氣源熱泵提供電力，也可為居民、商場、辦公樓等場景提供清潔電力，構成光伏發(fā)電系統(tǒng)。白天光伏發(fā)電時，光伏電力可供給熱泵壓縮機使用，也可為居民、商場、辦公樓等場景提供清潔電力，光伏的多余電力可用蓄電池儲存，此時環(huán)境空氣經(jīng)過光伏組件背板處的氣流通道，空氣被光伏發(fā)電時產(chǎn)生的余熱加熱，之后通過風機引至空氣源熱泵子系統(tǒng)的蒸發(fā)器端，與制冷劑在蒸發(fā)器發(fā)生熱交換；夜間光伏不發(fā)電時，可使用蓄電池給熱泵壓縮機供電，蓄電池電力不足時可接通電網(wǎng)，此時環(huán)境空氣不經(jīng)過光伏組件背板處的氣流通道，旁通風作為熱泵蒸發(fā)端的進風，以減少空氣流經(jīng)光伏組件背板處的氣流通道所帶來的阻力損失。

24、本實用新型的光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)的電不僅要滿足空氣源熱泵系統(tǒng)的電耗，還要產(chǎn)生額外的電量被蓄電池所存儲，用于夜晚光伏發(fā)電系統(tǒng)無法工作時供熱泵系統(tǒng)使用，以及用于提供居民、商場、辦公樓等場景的清潔用電。

25、本實用新型配置了儲能系統(tǒng)，具體包括蓄電池儲電、儲熱、儲冷水箱，目的是為了充分利用太陽能，保證整個互補系統(tǒng)運行的連續(xù)性和穩(wěn)定性。當用戶不需要熱水時，光伏系統(tǒng)以及空氣源熱泵系統(tǒng)仍可以利用太陽能進行工作，所產(chǎn)生的熱水可進入儲熱水箱存儲起來，當用戶需要熱水時可以從儲熱水箱中取熱水，減少了用戶等待時間；儲冷水箱亦是如此，通過儲存冷水，可以讓光伏系統(tǒng)以及空氣源熱泵系統(tǒng)正常連續(xù)運行，節(jié)約系統(tǒng)啟停時間，增加工作效率；儲電系統(tǒng)，可在太陽輻照度大于第一閾值時，將多余的光伏發(fā)電儲存在蓄電池里，用于在太陽輻照度小于第一閾值時為空氣源熱泵子系統(tǒng)提供電力支持。

26、本實用新型在光伏組件背面添加了一個與光伏組件平行的氣流通道，可供環(huán)境空氣流經(jīng)光伏組件背板，實現(xiàn)冷卻的目的；在光伏組件的背板處安裝了肋片，通過肋片強化空氣與光伏組件之間的換熱，可進一步提升光伏組件處的換熱，從而提高空氣冷卻光伏組件的冷卻效率。

27、本實用新型通過風道將光伏組件處被光伏發(fā)電時產(chǎn)生的余熱加熱的空氣引流至空氣源熱泵的蒸發(fā)器端。風道里帶有旁通風道，白天光伏發(fā)電時，環(huán)境冷空氣進入到光伏組件背板冷卻系統(tǒng)里，被光伏發(fā)電時產(chǎn)生的余熱加熱后通過風道送往空氣源熱泵的蒸發(fā)器端，光伏冷卻系統(tǒng)的熱風作為熱泵蒸發(fā)端的進風；夜間光伏不發(fā)電時，此時環(huán)境冷空氣不經(jīng)過光伏組件背板冷卻系統(tǒng)而是直接通過旁通風道流至熱泵蒸發(fā)端，以減少空氣流經(jīng)光伏組件背板處的氣流通道所帶來的阻力損失。風道里的空氣流通采用風機驅(qū)動。

28、為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。