本發(fā)明涉及太陽能光伏及熱泵技術(shù)，尤其涉及一種熱電耦合利用太陽能系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

太陽能是一種儲(chǔ)量豐富的可再生能源，提高太陽能利用對(duì)于減少化石能源的污染問題、應(yīng)對(duì)全球能源危機(jī)等都具有積極意義。

當(dāng)前，太陽能利用主要包括太陽能發(fā)電和太陽能熱利用等形式。太陽能發(fā)電主要采用光伏和光熱兩種形式。其中，對(duì)于光伏太陽能發(fā)電系統(tǒng)而言，光電轉(zhuǎn)化效率目前僅為20％左右，因此，大部分太陽能仍然是以熱能和反射等形式散失掉，而沒有整整得到有效利用。為了提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽能利用效率，近年提出了PVT系統(tǒng)，即光伏光熱聯(lián)用系統(tǒng)，即利用光伏板的余熱作為熱水的加熱器，產(chǎn)生熱水，由于受到光伏板工作溫度的限制，熱水的溫度不會(huì)太高，其可利用程度也受到限制，而且，再氣溫較低的季節(jié)和夜晚時(shí)間，由于光伏板溫度較低，導(dǎo)致產(chǎn)生的熱水不具有可利用性。為了進(jìn)一步提高熱水的品位，也有研究提出將從光伏板換熱所得到的低品位的熱水作為熱泵系統(tǒng)的熱源，利用熱泵系統(tǒng)產(chǎn)生更高溫度的熱水，以提高整個(gè)系統(tǒng)的效率以及熱水品位，但這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，并不適合單個(gè)用戶使用。

因此，如何提高光伏系統(tǒng)太陽能的綜合利用效率，同時(shí)盡量避免系統(tǒng)的復(fù)雜性，并且實(shí)現(xiàn)在無太陽條件下繼續(xù)滿足熱能系統(tǒng)利用，是PVT復(fù)合用能系統(tǒng)發(fā)展亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述問題，提供一種熱電耦合利用太陽能系統(tǒng)及方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種熱電耦合利用太陽能系統(tǒng)，包括光伏板蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝換熱器、節(jié)流膨脹閥、蓄熱水箱、水泵；光伏板蒸發(fā)器與壓縮機(jī)、冷凝換熱器、節(jié)流膨脹閥順次連接構(gòu)成熱泵循環(huán)回路，水泵與冷凝換熱器和蓄熱水箱之間順次串聯(lián)連接構(gòu)成熱水通路；

光伏板蒸發(fā)器包括太陽能電池板、金屬底板、工質(zhì)管道；金屬底板與太陽能電池板緊密貼合，金屬底板內(nèi)部設(shè)有工質(zhì)管道，工質(zhì)管道的進(jìn)出口分別與節(jié)流膨脹閥和壓縮機(jī)相連。

所述的金屬底板設(shè)有向外凸出的翅片。

使用所述熱電耦合利用太陽能系統(tǒng)的方法：光伏板蒸發(fā)器利用太陽能電池板吸收太陽光轉(zhuǎn)化成電能發(fā)電，與此同時(shí)，部分太陽能轉(zhuǎn)化成熱能，使得金屬底板的溫度升高，金屬底板通過的工質(zhì)管道作為蒸發(fā)器，加熱經(jīng)節(jié)流膨脹閥流入的液體制冷劑蒸發(fā)吸熱，再經(jīng)壓縮機(jī)升壓升溫，隨后與冷凝換熱器換熱，加熱水泵輸送來的補(bǔ)水成熱水，儲(chǔ)存到蓄熱水箱中，冷凝后的制冷劑流回節(jié)流膨脹閥開始新的循環(huán)。于此同時(shí)，利用金屬底板上的翅片與周圍空氣換熱，一方面滿足在輻照不足時(shí)熱泵系統(tǒng)運(yùn)行過程中工質(zhì)管道蒸發(fā)器換熱需要的熱量；另一方面滿足工質(zhì)管道蒸發(fā)器換熱不足時(shí)避免太陽能電池板溫度快速上升。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明利用光伏板作為熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器，一方面簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，另一方面由于制冷劑的蒸發(fā)溫度低，提高了光伏板的余熱可利用溫度范圍，以保證低溫條件下熱泵系統(tǒng)仍然能夠獲得熱水。

(2)熱泵系統(tǒng)主要以利用光伏板的余熱為主，從而改善了蒸發(fā)器的冬季結(jié)霜問題。

(3)本發(fā)明在光伏板的金屬底板設(shè)有向外凸出的翅片，強(qiáng)化了與空氣之間的換熱，一方面保證了光伏板溫度過高時(shí)的散熱，以保證光電轉(zhuǎn)化效率；另一方面保證了光伏板溫度過低是熱泵蒸發(fā)器與空氣之間的吸熱換熱，提高熱泵的效率。

附圖說明

圖1是熱電耦合利用太陽能系統(tǒng)示意圖；

圖2光伏板蒸發(fā)器截面示意圖；

圖中：光伏板蒸發(fā)器1、壓縮機(jī)2、冷凝換熱器3、節(jié)流膨脹閥4、蓄熱水箱5、水泵6、太陽能電池板7、金屬底板8、工質(zhì)管道9和翅片10。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種熱電耦合利用太陽能系統(tǒng)，包括光伏板蒸發(fā)器1、壓縮機(jī)2、冷凝換熱器3、節(jié)流膨脹閥4、蓄熱水箱5、水泵6；光伏板蒸發(fā)器1與壓縮機(jī)2、冷凝換熱器3、節(jié)流膨脹閥4順次連接構(gòu)成熱泵循環(huán)回路，水泵6與冷凝換熱器3和蓄熱水箱5之間順次串聯(lián)連接構(gòu)成熱水通路；

光伏板蒸發(fā)器1包括太陽能電池板7、金屬底板8、工質(zhì)管道9；金屬底板8與太陽能電池板7緊密貼合，金屬底板8內(nèi)部設(shè)有工質(zhì)管道9，工質(zhì)管道9的進(jìn)出口分別與節(jié)流膨脹閥4和壓縮機(jī)2相連。

所述的金屬底板8設(shè)有向外凸出的翅片10。

使用所述熱電耦合利用太陽能系統(tǒng)的方法：光伏板蒸發(fā)器1利用太陽能電池板7吸收太陽光轉(zhuǎn)化成電能發(fā)電，與此同時(shí)，部分太陽能轉(zhuǎn)化成熱能，使得金屬底板8的溫度升高，金屬底板通過的工質(zhì)管道9作為蒸發(fā)器，加熱經(jīng)節(jié)流膨脹閥4流入的液體制冷劑蒸發(fā)吸熱，再經(jīng)壓縮機(jī)2升壓升溫，隨后與冷凝換熱器3換熱，加熱水泵6輸送來的補(bǔ)水成熱水，儲(chǔ)存到蓄熱水箱5中，冷凝后的制冷劑流回節(jié)流膨脹閥4開始新的循環(huán)。

太陽能熱泵熱水系統(tǒng)的工作過程如下：

光伏板蒸發(fā)器1的太陽能電池板7吸收太陽光將太陽能轉(zhuǎn)化成電能進(jìn)行發(fā)電，與此同時(shí)，部分太陽能轉(zhuǎn)化成熱能，使得金屬底板8的溫度升高，金屬底板通過的工質(zhì)管道9作為蒸發(fā)器，加熱經(jīng)節(jié)流膨脹閥4流入的液體制冷劑蒸發(fā)吸熱，再經(jīng)壓縮機(jī)2升壓升溫，隨后與冷凝換熱器3換熱，加熱水泵6輸送來的補(bǔ)水成熱水，儲(chǔ)存到蓄熱水箱5中，冷凝后的制冷劑流回節(jié)流膨脹閥4開始新的循環(huán)。于此同時(shí)，利用金屬底板8上的翅片10與周圍空氣換熱，一方面滿足在輻照不足時(shí)熱泵系統(tǒng)運(yùn)行過程中工質(zhì)管道9蒸發(fā)器換熱需要的熱量；另一方面滿足工質(zhì)管道9蒸發(fā)器換熱不足時(shí)避免太陽能電池板7溫度快速上升。

當(dāng)太陽光充足時(shí)，隨著太陽能電池板7的持續(xù)發(fā)熱，金屬底板8的溫度通常高于環(huán)境溫度，而工質(zhì)管道9內(nèi)的溫度最低，此時(shí)在工質(zhì)管道9內(nèi)工質(zhì)蒸發(fā)換熱與太陽能電池板7的加熱以及金屬底板與環(huán)境之間的傳熱之間相互耦合，當(dāng)翅片10部分溫度高于環(huán)境溫度是，金屬底板8通過翅片10對(duì)空氣散熱，以減緩太陽能電池板7的溫度上升速率，進(jìn)而提高光電轉(zhuǎn)化效率。

當(dāng)太陽光不足或者無太陽光時(shí)，金屬底板8的溫度低于環(huán)境溫度，此時(shí)金屬底板8通過翅片10對(duì)空氣吸熱，以保證熱泵能夠穩(wěn)定工作。

在冬季寒冷氣候條件下，由于夜晚溫度降低導(dǎo)致翅片10結(jié)霜時(shí)，此時(shí)熱泵不能工作，隨著白天太陽升起，太陽能電池板7吸收太陽能發(fā)電的同時(shí)，利用余熱進(jìn)行化霜，此時(shí)金屬底板8的溫度升高，熱泵工作。