本發(fā)明實(shí)施例涉及新能源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種太陽能與單井循環(huán)熱泵調(diào)溫、供電、供熱水系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

太陽能發(fā)電是一種新興的可再生能源。廣義上的太陽能也包括地球上的風(fēng)能、化學(xué)能、水能等。太陽能的利用有光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換兩種方式，光伏板組件是一種暴露在陽光下便會產(chǎn)生直流電的發(fā)電裝置，由幾乎全部以半導(dǎo)體物料(例如硅)制成的固體光伏電池組成。簡單的光伏電池可為手表以及計(jì)算機(jī)提供能源，較復(fù)雜的光伏系統(tǒng)可為房屋提供照明以及交通信號燈和監(jiān)控系統(tǒng)，并入電網(wǎng)供電。光伏板組件可以制成不同形狀，而組件又可連接，以產(chǎn)生更多電能。天臺及建筑物表面均可使用光伏板組件，甚至被用作窗戶、天窗或遮蔽裝置的一部分，這些光伏設(shè)施通常被稱為附設(shè)于建筑物的光伏系統(tǒng)。

現(xiàn)有技術(shù)中的建筑物內(nèi)用電、生活熱水、空調(diào)制冷(采暖)分別由公網(wǎng)用電，熱水器，空調(diào)制冷，集中供暖等方式解決問題，系統(tǒng)集成度低，維護(hù)成本高，智能化程度低，投資成本較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種太陽能與單井循環(huán)熱泵調(diào)溫、供電、供熱水系統(tǒng)及方法，解決了上述技術(shù)問題。

本發(fā)明一種太陽能熱泵與單井循環(huán)熱泵二源調(diào)溫、供電、供熱水系統(tǒng)，包括：

供電單元、供熱水單元以及制冷/供暖單元；

所述供電單元包括：太陽能光伏陣列、光伏控制器、并網(wǎng)逆變器以及負(fù)載，所述太陽能光伏陣列產(chǎn)生的直流電經(jīng)所述光伏控制器傳輸至所述并網(wǎng)逆變器，并由所述并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電后向所述負(fù)載供電，所述光伏陣列背板上設(shè)置冷凝管；

所述單井回灌單元包括：水泵、地下潛能供給端、地下潛能回收端、第一換熱器以及第二換熱器，所述第一換熱器、第二換熱器兩端分別與所述地下潛能供給端和地下潛能回收端連接；

所述制冷/供暖單元與所述單井回灌單元的第一換熱器連接；

所述供熱水單元通過切換單元與所述供電單元的冷媒管或者單井回灌單元的第二換熱器連接。

進(jìn)一步地，所述單井回灌單元包括：

封閉式單井循環(huán)地?zé)崮懿杉蛘甙敕忾]式單井循環(huán)地能采集井。

進(jìn)一步地，所述冷凝管中采用制冷劑換熱。

進(jìn)一步地，所述切換單元包括：

第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥以及第四電磁閥；

所述第一電磁閥、所述第三電磁閥設(shè)置于冷媒管與供熱水單元之間；

所述第二電磁閥、所述第四電磁閥設(shè)置于第二換熱器的兩端。

進(jìn)一步地，所述供熱水單元，包括：

壓縮機(jī)、膨脹閥、過濾器、儲液罐以及第三換熱器；

所述壓縮機(jī)一端與冷凝管一端連接，另一端與所述第三換熱器連接，所述冷凝管另一端依次與所述膨脹閥、所述過濾器、所述儲液罐以及所述第三換熱器連接。

進(jìn)一步地，所述制冷/供暖單元包括：

壓縮機(jī)、第四換熱器、毛細(xì)管、過濾器以及儲液罐；

所述壓縮機(jī)一端與第二換熱器連接，另一端與所述第四換熱器連接，所述第二換熱器的另一端依次與所述毛細(xì)管、所述過濾器、儲液罐以及所述第四換熱器連接。

本發(fā)明還提供一種太陽能與單井循環(huán)熱泵調(diào)溫、供電、供熱水方法，包括：

溫度采集單元采集供電系統(tǒng)中太陽能光伏陣列的溫度；

切換單元根據(jù)所述溫度與閾值溫度判斷工作模式是否為夏季工作模式，若是，則切換單元中第一電磁閥、第三電磁閥開啟，第二電磁閥、第四電磁閥關(guān)閉，若否，則所述切換單元中第一電磁閥、第三電磁閥關(guān)閉，第二電磁閥、第四電磁閥開啟進(jìn)入冬天工作模式，其中，所述夏天工作模式為太陽能供電單元提供電能，供電單元中的冷能管冷卻太陽能光伏電池，并將熱能傳輸至供熱水單元，所述冬天工作模式為單井回灌單元為供冷/供暖單元提供熱能。

本發(fā)明解決了建筑物內(nèi)用電、生活熱水、空調(diào)制冷不集中的問題，提高了系統(tǒng)的集成度，降低了維護(hù)的成本，提高了智能化程度，減少了投資的成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明太陽能與單井循環(huán)熱泵調(diào)溫、供電、供熱水系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明太陽能供電單元連接示意圖；

圖3為本發(fā)明供熱水單元與供電單元連接示意圖；

圖4a和圖4b為本發(fā)明單井回灌單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明太陽能與單井循環(huán)熱泵調(diào)溫、供電、供熱水系統(tǒng)連接示意圖；

圖6為本發(fā)明太陽能與單井循環(huán)熱泵調(diào)溫、供電、供熱水方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1為本發(fā)明太陽能與單井循環(huán)熱泵調(diào)溫、供電、供熱水系統(tǒng)示意圖，本實(shí)施例系統(tǒng)包括；

供電單元101、單井回灌單元102、供熱水單元103以及制冷/供暖單元104；

所述供電單元包括：太陽能光伏陣列、光伏控制器、并網(wǎng)逆變器以及負(fù)載，所述太陽能光伏陣列產(chǎn)生的直流電經(jīng)所述光伏控制器傳輸至所述并網(wǎng)逆變器，并由所述并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電后向所述負(fù)載供電，所述光伏陣列背板上設(shè)置冷凝管；

所述單井回灌單元包括：水泵、地下潛能供給端、地下潛能回收端、第一換熱器以及第二換熱器，所述第一換熱器、第二換熱器兩端分別與所述地下潛能供給端和地下潛能回收端連接；

所述制冷/供暖單元與所述單井回灌單元的第一換熱器連接；

所述供熱水單元通過切換單元與所述供電單元的冷媒管或者單井回灌單元的第二換熱器連接。

具體來說，太陽能儲能并網(wǎng)系統(tǒng)：儲能電站配合光伏并網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用，系統(tǒng)包括：光伏陣列組件、光伏控制器、蓄電池組、并網(wǎng)逆變器組成。如圖2所示。并網(wǎng)光伏系統(tǒng)加入儲能模塊滿足在剩余電量穩(wěn)定上網(wǎng)的同時(shí)，畜電池電量滿足在光伏陣列不能產(chǎn)生電能情況下不用公網(wǎng)電。

如圖3所示，太陽能電池板在正常工作過程中，由于自身的發(fā)熱而溫度升高，會導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換效率降低，結(jié)合熱泵原理將太陽能PVT組件背部集熱板做成盤管狀冷劑盤管，內(nèi)部流通制冷劑，作為夏季供熱水單元的熱泵蒸發(fā)器使用，這樣在提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，可以充分利用太陽能，解決熱水供應(yīng)問題。

如果在太陽能電池板不工作情況下，熱泵機(jī)組單獨(dú)運(yùn)行，即可視為空氣源熱泵機(jī)組，該機(jī)組優(yōu)點(diǎn)為：提高太陽能電池板發(fā)電效率，熱泵熱水機(jī)組比普通電熱水器效能高出3倍左右。與傳統(tǒng)的光伏發(fā)電面板相比，本系統(tǒng)能提高20％的發(fā)電量，同時(shí)還可以提供高溫?zé)崴?。除了提高了生產(chǎn)效率，它還能保護(hù)光伏面板避免過熱從而延長面板的使用壽命。

進(jìn)一步地，所述單井回灌單元包括：

封閉式單井循環(huán)地?zé)崮懿杉蛘甙敕忾]式單井循環(huán)地能采集井。

具體來說，該機(jī)組存在的問題在于：在冬季，熱泵機(jī)組的工作模式依舊是制備生活熱水，制冷劑的蒸發(fā)溫度隨壓力變化而不同，通常為10℃左右，熱泵機(jī)組的制熱性能受環(huán)境影響大，北方冬季室外環(huán)境溫度約為-10～-15℃，有些地區(qū)會更低；而在南方，大部分地區(qū)的冬季室外平均溫度在10℃以下。在環(huán)境溫度較低時(shí)，通過組件背部集熱板流道制冷劑循環(huán)降低電池溫度從而提高電池片發(fā)電效率的效果不明顯，同時(shí)空氣源熱泵在冬季運(yùn)行，效率較低，有結(jié)霜的危險(xiǎn)。

本實(shí)施例將太陽能PVT熱泵與單井回灌地源熱泵相結(jié)合的雙源系統(tǒng)。

單井循環(huán)地(熱)能采集技術(shù)是以地下水為介質(zhì)，利用一口井及井內(nèi)裝置，采用半封閉循環(huán)回路，實(shí)現(xiàn)水與淺層土壤及砂巖的熱交換，從土壤、砂巖中取熱，實(shí)現(xiàn)抽水與回灌在能量交換與流量間的動態(tài)平衡及能量采集過程。由于井水就地原位循環(huán)，所以既不消耗水，也不污染水，不會破壞地下水的正常分布，也不會因?yàn)橐粕岸斐扇∷突毓嗑氯葐栴}。單井循環(huán)地(熱)能采集技術(shù)分為半封閉式和封閉式。如圖4a和圖4b所示。

如圖5所示，所述切換單元包括：

第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥以及第四電磁閥；

所述第一電磁閥、所述第三電磁閥設(shè)置于冷媒管與供熱水單元之間；

所述第二電磁閥、所述第四電磁閥設(shè)置于第二換熱器的兩端。

夏季：利用太陽能電池板發(fā)電，有富余電量供蓄電池，再有就并入電網(wǎng)，光伏電池產(chǎn)生的電能或存儲或上傳電網(wǎng)，集熱板內(nèi)的制冷劑循環(huán)為電池片降溫以提高光電轉(zhuǎn)換效率，制備生活熱水，若熱能過剩，則利用單井回灌技術(shù)將多余的熱水排入井中，將熱能儲存在土壤中；地源熱泵機(jī)組為室內(nèi)提供冷量，滿足建筑冷負(fù)荷需求。電磁閥1、3開啟；電磁閥2、4關(guān)閉。

冬季：太陽能電池板發(fā)電，PVT熱泵制備生活熱水，當(dāng)太陽能供熱量不足時(shí)，可利用地源熱泵加以補(bǔ)充；地源熱泵制備室內(nèi)采暖熱水，滿足建筑熱負(fù)荷需求。電磁閥1、3關(guān)閉；電磁閥2、4開啟。

冬季運(yùn)行模式狀況下：太陽能電池?zé)岜脵C(jī)組通過電磁閥斷開，太陽能電池背板不做為供熱水單元的熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器使用，取而代之的是板式換熱器，通過單井系統(tǒng)作為水源熱水泵使用，保證冬季熱泵機(jī)組的熱水生產(chǎn)。太陽能電池側(cè)發(fā)生故障，也可將空氣熱泵切換成地源熱泵。

進(jìn)一步地，所述供熱水單元，包括：

壓縮機(jī)、膨脹閥、過濾器、儲液罐以及第三換熱器；

所述壓縮機(jī)一端與冷凝管一端連接，另一端與所述第三換熱器連接，所述冷凝管另一端依次與所述膨脹閥、所述過濾器、所述儲液罐以及所述第三換熱器連接。

進(jìn)一步地，所述制冷/供暖單元包括：

壓縮機(jī)、第四換熱器、毛細(xì)管、過濾器以及儲液罐；

所述壓縮機(jī)一端與第二換熱器連接，另一端與所述第四換熱器連接，所述第二換熱器的另一端依次與所述毛細(xì)管、所述過濾器、儲液罐以及所述第四換熱器連接。

本系統(tǒng)是將太陽能光伏技術(shù)、熱泵熱水技術(shù)、單井循環(huán)地(熱)能采集技術(shù)的結(jié)合。一次性解決了光伏系統(tǒng)發(fā)電問題，提高系統(tǒng)發(fā)電效率；生活熱水問題；以及室內(nèi)采暖制冷負(fù)荷問題。本系統(tǒng)采用太陽能發(fā)電的方式解決用電問題，采用余電上網(wǎng)的方式可以免費(fèi)用電的同時(shí)，有效的回收投資成本；為提高光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率，結(jié)合熱泵技術(shù)原理，提出太陽能熱泵技術(shù)，提高太陽能發(fā)電效率，產(chǎn)生免費(fèi)熱水以滿足生活用水的需求?？紤]系統(tǒng)冬季運(yùn)行工況，采用單井循環(huán)二源技術(shù)利用地下潛能滿足冬季運(yùn)行需求。這就同時(shí)解決了用電、用水、采暖制冷等問題。

采用智能化集中控制，從系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)結(jié)合，提高太陽能電池板效率同時(shí)生產(chǎn)免費(fèi)生活熱水。集成度高，相對分散的系統(tǒng)投資運(yùn)行成本低；在當(dāng)前太陽能電池技術(shù)階段下，通過降低電池板溫度提高太陽能電池的發(fā)電效率，更多的發(fā)電、更快的收回成本創(chuàng)造利潤。

圖6為本發(fā)明太陽能與單井循環(huán)熱泵調(diào)溫、供電、供熱水方法流程圖，如圖6所示，本實(shí)施例方法包括；

步驟101、采用太陽能光伏陣列提供電能；

步驟102、溫度采集單元采集供電系統(tǒng)中太陽能光伏陣列的溫度；

步驟103、切換單元根據(jù)所述溫度與閾值溫度判斷工作模式是否為夏季工作模式，若是，則切換單元中第一電磁閥、第三電磁閥開啟，第二電磁閥、第四電磁閥關(guān)閉，若否，則所述切換單元中第一電磁閥、第三電磁閥關(guān)閉，第二電磁閥、第四電磁閥開啟；

步驟104、采用地下單井回灌為制冷/供暖單元提供換熱。

閾值溫度設(shè)定為兩個(gè),即溫度閾值C1和溫度閾值C2，同時(shí)設(shè)定應(yīng)急溫度補(bǔ)償切換時(shí)間T1，其中溫度閾值C1大于溫度閾值C2，當(dāng)溫度采集單元采集溫度低于溫度閾值C1時(shí)，切換單元進(jìn)入待切換模式，此時(shí)判斷溫度采集單元采集的溫度從溫度閾值C1降到溫度閾值C2的時(shí)間T同應(yīng)急溫度補(bǔ)償切換時(shí)間T1的大小關(guān)系，如果T大于應(yīng)急溫度補(bǔ)償切換時(shí)間T1，則所述切換單元中第一電磁閥、第三電磁閥關(guān)閉，第二電磁閥、第四電磁閥開啟進(jìn)入冬天工作模式；如果T小于應(yīng)急溫度補(bǔ)償切換時(shí)間T1，切換單元切換供冷/供暖單元外接熱水裝置(這里會給切換單元外接供應(yīng)熱水裝置，例如：熱水器或供熱鍋爐等，由于熱水器、供熱鍋爐等連接方式和供應(yīng)方式，以及通過閥進(jìn)行切換的方式都為本領(lǐng)域常用技術(shù)手段，這里對其如何實(shí)現(xiàn)不做贅述。此種設(shè)計(jì)是為了防止遇到極端天氣，天氣溫度驟降影響生活熱水的供應(yīng))。

本實(shí)施例方法原理與上述系統(tǒng)相同及效果，此處不再贅述。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。