一種光能、風能和地熱能互補熱泵系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光能、風能和地熱能互補供能技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種光能、風能和地熱 能互補熱泵系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源是現(xiàn)代社會存在和發(fā)展的基石。隨著全球經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，能源消費也 相應(yīng)的持續(xù)增長。隨著時間的推移，化石能源的稀缺性越來越突顯，且這種稀缺性也逐漸在 能源商品的價格上反應(yīng)出來。在化石能源供應(yīng)日趨緊張的背景下，大規(guī)模的開發(fā)和利用可 再生能源已成為各國能源戰(zhàn)略中的重要組成部分。
[0003] 傳統(tǒng)的燃煤、燃油、燃氣等供能模式，存在運營成本高、污染性大、安全性不高、使 用壽命有限的技術(shù)問題。利用新能源供熱包括太陽能板、地熱能熱泵(包括地源熱泵和水源 熱泵)、光-熱泵、風-光熱泵等幾種形式。單一形式的光能、風能和地熱能等新型清潔能源 供能存在波動性大、穩(wěn)定性差、利用率不高、供能終端利用率不高等弊端。
[0004] 太陽能應(yīng)用包括光伏發(fā)電和光伏發(fā)熱，光伏發(fā)電包括光伏電站和分布式發(fā)電；光 伏發(fā)熱包括太陽能熱水器、真空管式集熱器、板式集熱器等。這種供熱模式優(yōu)點在于屬于清 潔能源且儲量接近于無限，缺點在于由太陽經(jīng)角變化和地理條件變化產(chǎn)生光照時間和強度 變化很大，造成其穩(wěn)定性差、其波動性大、應(yīng)用條件要求較高，轉(zhuǎn)化效率受環(huán)境影響較大。 [0005] 地源熱泵是利用了地球表面淺層地熱資源(通常小于400米深）作為冷熱源，進行 能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地熱資源可以稱之為地能（Earth Energy)，是指地表 土壤、地下水或河流、湖泊地熱熱泵是一種利用淺層地熱資源的既可供熱又可制冷的高效 節(jié)能空調(diào)設(shè)備。
[0006] 地源熱泵是在采暖季通過熱泵提取土壤中的熱量作為低位熱源，通過熱泵提升為 高位熱源再通過換熱器供室內(nèi)取暖；夏季提取地下水中的熱量作為低位熱源，通過熱泵系 統(tǒng)與室內(nèi)空氣進行換熱供室內(nèi)制冷，同時補充采暖季從地下取走的熱量，保證地下能量平 衡。其優(yōu)點在于最大限度的利用清潔地下能源，對環(huán)境沒有任何污染，較傳統(tǒng)供熱而言節(jié)能 30%以上，全自動運行，運行維護費用低；其缺點是施工條件要求高，一次性投入大。
[0007] 水源熱泵是利用了地球表面淺層水源(一般在1000米以內(nèi)），如地下水、地表的河 流、湖泊和海洋，中吸收太陽能、地熱能而蘊藏的低溫位熱能。水源是地球表面淺層水源的 簡稱。水源的溫度一般都十分穩(wěn)定。水源熱泵技術(shù)的工作原理就是：通過輸入少量高品位 能源(如電能)，實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。水體分別作為冬季熱泵供暖的熱源和夏季 空調(diào)的冷源，即在夏季將建筑物中的熱量"取"出來，釋放到水體中去，由于水源溫度低，所 以可以高效地帶走熱量，以達到夏季給建筑物室內(nèi)制冷的目的；而冬季，則是通過水源熱泵 機組，從水源中"提取"熱能，送到建筑物中采暖。
[0008] 光-熱泵技術(shù)是綜合光-熱、地熱能熱泵技術(shù)，采用真空管式/板式集熱器產(chǎn)生的 熱能作為系統(tǒng)熱源之一，與地熱能的低位熱源互補供熱，實現(xiàn)節(jié)能降耗。其優(yōu)點是雙能源互 補，降低單一的地熱能熱泵裝機功率和打井數(shù)量，實現(xiàn)節(jié)能降耗；其主要缺點表現(xiàn)為光-熱 轉(zhuǎn)化波動性大，需要并網(wǎng)取電驅(qū)動熱泵，綜合利用率較高。
[0009] 風-光熱泵技術(shù)是基于風-電和光-熱技術(shù)發(fā)展而來的一項新技術(shù)，該技術(shù)主 要是應(yīng)用光-熱技術(shù)進行集熱，儲存到蓄熱水箱，再通過循環(huán)系統(tǒng)換熱對室內(nèi)進行供熱。 風-電技術(shù)應(yīng)用是在無光照條件下風能轉(zhuǎn)化成電能，電能再轉(zhuǎn)化成熱能進行集熱，是對 光-熱轉(zhuǎn)化的一種補充。其優(yōu)點是風-電技術(shù)的引進在一定程度上解決了在無光照條件下 光-熱無轉(zhuǎn)化的劣勢；其缺點是單一制熱，在連續(xù)無光照條件下效果差需要電網(wǎng)取電補充 且耗電量較高，波動性較大，穩(wěn)定性一般。
[0010] 迄今為止，只有光能和風能的二源合一的熱泵系統(tǒng)。尚且未有一種光能、風能和地 熱能三源合一的熱泵系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 為了解決已有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種光能、風能和地熱能互補熱泵系 統(tǒng)。本發(fā)明提供一種光能、風能和地熱能互補熱泵系統(tǒng)是三源合一的熱泵系統(tǒng)。本發(fā)明的 地熱能包括地能和地表淺層水源的低溫位熱能，地表淺層水源簡稱水源。本發(fā)明涉及的三 源是指光能、風能和地熱能；三源合一是指光能、風能和地熱能有機結(jié)合在一起，綜合利用。 本發(fā)明提供一種光能、風能和地熱能互補熱泵系統(tǒng)有效解決高寒環(huán)境溫差大、全年日照不 均、熱損耗高、轉(zhuǎn)換效率低、施工難度大等技術(shù)難點，且具有復合性和多功能性，是新能源供 熱發(fā)展的重要方向。
[0012] 本發(fā)明提供一種光能、風能和地熱能互補熱泵系統(tǒng)包括國家電網(wǎng)、上網(wǎng)電表、交流 箱、逆變器、直流箱、下網(wǎng)電表、風機、太陽能板、換熱器、地源或水源井、熱泵、智能控制系統(tǒng) 和終端；風機和光伏板均與直流箱連接，直流箱與逆變器、交流箱、上網(wǎng)電表順次連接，上網(wǎng) 電表與國家電網(wǎng)連接，下網(wǎng)電表分別與國家電網(wǎng)、換熱器、熱泵、智能控制系統(tǒng)連接，風機與 光伏板、智能控制系統(tǒng)分別連接，光伏板與換熱器、智能控制系統(tǒng)分別連接，換熱器與地源 或水源井、智能控制系統(tǒng)連接，終端與熱泵、智能控制系統(tǒng)分別連接；熱泵與智能控制系統(tǒng) 連接；終端為用戶，用戶有N i個，i為等于或大于1的正整數(shù)；所述的熱泵系統(tǒng)充注R290作 為循環(huán)工質(zhì)，循環(huán)管路內(nèi)工質(zhì)的循環(huán)均通過循環(huán)泵作為動力源； 所述的光伏板由順次連接的單向自潔玻璃、第一高硼硅超透單向濾膜玻璃、第二高硼 硅超透單向濾膜玻璃、光伏電池片、第一鉛導熱片、流體導管、第二鉛導熱片、納米碳纖維發(fā) 熱層、保溫層和底板構(gòu)成；所述的流體導管是碳納米管或盤旋狀的銅管； 太陽光入射到光伏板后，經(jīng)自潔玻璃透過第一高硼硅超透單向濾膜玻璃、第二高硼硅 超透單向濾膜玻璃到電池片進行光-電轉(zhuǎn)化發(fā)電；此時，第一高硼硅超透單向濾膜玻璃、第 二高硼硅超透單向濾膜玻璃分別會有一定量的光反射到潔玻璃、第一高硼硅超透單向濾膜 玻璃，由于潔玻璃、第一高硼硅超透單向濾膜玻璃、第二高硼硅超透單向濾膜玻璃均為單向 玻璃，所以反射光再次透過第二高硼硅超透單向濾膜玻璃到電池片進行光-電轉(zhuǎn)化發(fā)電， 產(chǎn)生的直流電經(jīng)直流箱整合至逆變器轉(zhuǎn)化為交流電進入交流箱升壓，經(jīng)上網(wǎng)電表對上網(wǎng)電 計量，向國家電網(wǎng)供電;從國家電網(wǎng)下載電能，由下網(wǎng)電表行計量后供應(yīng)系統(tǒng)中相關(guān)器件使 用； 所有入射光除去光-電轉(zhuǎn)化的特定波段的光，其他波段的光均透過電池片進入鉛導熱 片進行光-熱轉(zhuǎn)化成熱；第一鉛導熱片將光-熱轉(zhuǎn)化成的熱傳遞給流體導管； 風機通過風-電轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的直流電，經(jīng)直流箱整合至逆變器轉(zhuǎn)化為交流電，進入交流 箱升壓，經(jīng)上網(wǎng)電表對上網(wǎng)電計量，向國家電網(wǎng)供電;另一方面，風機還與光伏板中的納米 碳纖維發(fā)熱層連接，利用風機的風-電轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的直流電驅(qū)動光伏板中的納米碳纖維發(fā)熱 層發(fā)熱，經(jīng)第二鉛導熱片吸收后將熱傳遞給流體導管，然后進入換熱器作為的熱泵的低位 熱源供系統(tǒng)使用； 流體導管將傳遞來的所有的熱送到換熱器，然后作為低位熱源供給熱泵；同時，流體導 管帶走熱量，還能對光伏板中的電池片進行相對恒溫冷卻，以保證電池片的最佳發(fā)電效率 的溫度;該電池片的最佳發(fā)電效率的溫度優(yōu)選為28°C。
[0013] 本發(fā)明的光伏板之所以為兩層高硼硅超透單向濾膜玻璃，即第一高硼硅超透單向 濾膜玻璃、第二高硼硅超透單向濾膜玻璃，是經(jīng)過科學實驗的結(jié)果。
[0014] 經(jīng)過對本發(fā)明的光伏板的不同結(jié)構(gòu)做對比試驗：光伏板的結(jié)構(gòu)為單層高硼硅超透 單向濾膜玻璃、或為兩層高硼硅超透單向濾膜玻璃，或為層高硼硅超透單向濾膜玻璃，其余 的結(jié)構(gòu)相同，同時將它們置于同一地點的室外，經(jīng)過相同時間測量，光伏板為兩層高硼硅超 透單向濾膜玻璃，光-熱吸收轉(zhuǎn)化熱能效果最好。其機理尚待進一步研宄。
[0015] 此外，本發(fā)明的光伏板的結(jié)構(gòu)較普通光伏板的結(jié)構(gòu)差異在于：普通光伏板的頂 層只有一層玻璃，為自潔玻璃或增透玻璃；一層EVA-乙烯-醋酸乙烯聚合物，增加耐水性、 腐蝕性；一層電池片；一層TPT的背板保護材料；一層底板。
[0016] 因為本發(fā)明是一種光能、風能和地熱能互補熱泵系統(tǒng)。本發(fā)明的光伏板由于在 光-電轉(zhuǎn)化發(fā)電的同時還要進行光-熱轉(zhuǎn)化和吸收，即在保證光伏板最優(yōu)發(fā)電溫度下取得 最大發(fā)電量，同時發(fā)電產(chǎn)生的余熱和光-熱轉(zhuǎn)化直接吸收的不進行光-電轉(zhuǎn)化的頻率的光 能轉(zhuǎn)化為熱能，把它們富集起來作為系統(tǒng)低位熱源使用。所以本發(fā)明的光伏板既要光-電 轉(zhuǎn)化發(fā)電的效率要高，又要求光-熱轉(zhuǎn)化熱量產(chǎn)生效率要高。
[0017] 風機通過風-電轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的直流電，經(jīng)直流箱整合至逆變器轉(zhuǎn)化為交流電，進入 交流箱升壓，經(jīng)上網(wǎng)電表對上網(wǎng)電計量，向國家電網(wǎng)供電;另一方面，如前所述，風機還與光 伏板中的納米碳纖維發(fā)熱層連接，利用風機的風-電轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的直流電驅(qū)動光伏板中的納 米碳纖維發(fā)熱層發(fā)熱，經(jīng)鉛導熱片吸收后將熱傳遞給流體導管，然后進入換熱器作為系統(tǒng) 的低位熱源，供系統(tǒng)使用。
[0018] 所述的熱泵包括蒸發(fā)器、換向閥、壓縮機、節(jié)流裝置和冷凝器；蒸發(fā)器與換向閥、冷 凝器、節(jié)流裝置順次連接，節(jié)流裝置與蒸發(fā)器連接，壓縮機與換向閥連接；換熱器與壓縮 機連接； 從地源或水源井提取熱量，通過循環(huán)管路進入換熱器，與光伏板中電池片進行光-電 轉(zhuǎn)化發(fā)電時產(chǎn)生的余熱、光伏板直接進行光-熱轉(zhuǎn)化吸收所產(chǎn)生的熱量、利用風機的風-電 轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的直流電驅(qū)動光伏板中的納米碳纖維發(fā)熱層產(chǎn)生的熱量一起進入換熱器作為熱 泵的低位熱源； 在夏季空調(diào)降溫時，換向閥轉(zhuǎn)向制冷工作位置，由壓縮機排