本發(fā)明涉及光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，是涉及一種自動(dòng)調(diào)節(jié)循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)功率的光伏光熱綜合利用裝置及控制方法。

背景技術(shù)：

獨(dú)立和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在技術(shù)和工程上比較成熟，但依然面臨著效率較低和單位發(fā)電成本高的問(wèn)題，需要國(guó)家政策的扶持才能廣泛應(yīng)用。以目前的工程技術(shù)水平，入射太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的比例大約為15%，其余大部分能量都轉(zhuǎn)化為熱能浪費(fèi)了，這些熱能還使光伏組件的溫度升高，過(guò)高的溫度降低了發(fā)電效率。光伏/光熱集熱器（Photo-Voltaic/Thermal collector，簡(jiǎn)寫(xiě)為PV/T）將光伏發(fā)電與太陽(yáng)能熱吸收器結(jié)合，可以在降低光伏電池組件溫度的同時(shí)將光伏電池組件上的熱量通過(guò)空氣或者水回收，產(chǎn)生40-60攝氏度的熱水供居民生活或取暖或其它民用或工業(yè)領(lǐng)域（如工業(yè)催化加熱、干燥等）使用。PV/T提高了太陽(yáng)能利用的效率。

目前的PV/T集熱裝置的主要缺點(diǎn)在于：

（1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，密封性差。

A、盒狀冷卻器有單面和雙面兩種：雙面盒獨(dú)立形成密閉空間，但是比較浪費(fèi)材料；單面盒直接在組件背面安裝，利用盒邊緣與組件之間的應(yīng)力及密封膠的彈性來(lái)保證水密性。由于電池組件的機(jī)械強(qiáng)度并不是太高，盒邊緣的應(yīng)力容易引起太陽(yáng)能電池組件開(kāi)裂；密封膠在陽(yáng)光下也容易氧化失效。

B、平行管結(jié)構(gòu)的銜接處較多，很容易因?yàn)槊芊饽z老化等問(wèn)題造成冷卻水泄漏。

（2）冷卻循環(huán)水泵消耗大量驅(qū)動(dòng)功率，影響系統(tǒng)整體性能。太陽(yáng)照射的能量密度較低，有時(shí)循環(huán)驅(qū)動(dòng)功率甚至大于太陽(yáng)能入射功率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、冷卻循環(huán)效果良好的光伏光熱綜合利用裝置及控制方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是：一種自動(dòng)調(diào)節(jié)循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)功率的光伏光熱綜合利用裝置，包括由太陽(yáng)能電池、控制器、蓄電池、逆變器組成的光伏發(fā)電系統(tǒng)，還包括熱吸收系統(tǒng)，其特征在于：所述熱吸收系統(tǒng)包括熱力循環(huán)回路和用戶(hù)熱水回路，熱力循環(huán)回路包括水路連接的水循環(huán)集熱器、換熱器、水流管道、驅(qū)動(dòng)泵，所述用戶(hù)熱水回路包括保溫水箱、進(jìn)水閥、出水閥，所述換熱器設(shè)置在保溫水箱內(nèi)且與保溫水箱內(nèi)的水體進(jìn)行熱交換，所述太陽(yáng)能電池與水循環(huán)集熱器整合為系統(tǒng)集熱器。

所述保溫水箱內(nèi)設(shè)置輔助加熱器。

所述熱力循環(huán)回路上還設(shè)置有流量計(jì)、補(bǔ)水閥、放氣閥。

所述保溫水箱設(shè)置排水閥。

所述系統(tǒng)集熱器為多層結(jié)構(gòu)，其中包括太陽(yáng)能電池、TPT背膜、水循環(huán)集熱器、保溫層。

所述太陽(yáng)能電池包括順序連接的鋼化玻璃層、EVA膠膜層、太陽(yáng)能晶體芯片、EVA膠膜層。

一種自動(dòng)調(diào)節(jié)循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)功率的光伏光熱綜合利用裝置的控制方法，其特征在于包括以下步驟：

S1）分別檢測(cè)太陽(yáng)入射功率、太陽(yáng)能電池組件表面溫度Tsurf、保溫水箱水溫Tu數(shù)據(jù)；

S2）若太陽(yáng)入射功率大于300W，執(zhí)行步驟S3），否則執(zhí)行步驟S5）；

S3）若Tsurf減Tu的差值大于5度，執(zhí)行步驟S4），否則執(zhí)行步驟S5）；

S4）以太陽(yáng)入射功率、太陽(yáng)能電池組件表面溫度Tsurf、保溫水箱水溫Tu為自變量，運(yùn)用PID算法得到驅(qū)動(dòng)泵工作功率控制驅(qū)動(dòng)泵運(yùn)行；

S5）驅(qū)動(dòng)泵輸出功率為0。

本發(fā)明的有益效果是：

1）本發(fā)明的集熱器的冷卻水運(yùn)行軌道采用連續(xù)蛇形管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，管道只有一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口，密封性好，不易泄露；與電池組件之間的聯(lián)結(jié)只需要機(jī)械上的固定即可實(shí)現(xiàn)，組裝方便。連續(xù)蛇形管道由直管彎曲而成，加工難度低，適合大批量低成本生產(chǎn)。

2）循環(huán)水泵動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，根據(jù)太陽(yáng)能的入射功率及太陽(yáng)能電池組件表面的溫度，結(jié)合保溫水箱內(nèi)部溫度，動(dòng)態(tài)決定循環(huán)水泵的驅(qū)動(dòng)功率，相比恒功率驅(qū)動(dòng)的方式，節(jié)能效果顯著。

3）當(dāng)集熱器溫度低于保溫水箱內(nèi)水溫時(shí)，驅(qū)動(dòng)水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)，熱量在保溫水箱內(nèi)保持，因而可以取消或者降低對(duì)PV/T集熱器背面保溫層的要求，可以很大程度上降低系統(tǒng)復(fù)雜度與成本。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的PV/T系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的PV/T發(fā)電集熱器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的水循環(huán)集熱器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明的循環(huán)水泵動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)控制流程圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“橫向”、“上”、“下”、 “左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包含一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)作廣義理解，例如，可以是固定連接。也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明的具體含義。

一種自動(dòng)調(diào)節(jié)循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)功率的光伏光熱綜合利用裝置，包括由太陽(yáng)能電池、控制器1、蓄電池2、逆變器3組成的光伏發(fā)電系統(tǒng)，還包括熱吸收系統(tǒng)，所述熱吸收系統(tǒng)包括熱力循環(huán)回路和用戶(hù)熱水回路，熱力循環(huán)回路包括水路連接的水循環(huán)集熱器、換熱器4、水流管道、驅(qū)動(dòng)泵5，所述用戶(hù)熱水回路包括保溫水箱6、進(jìn)水閥7、出水閥8，所述換熱器設(shè)置在保溫水箱內(nèi)且與保溫水箱內(nèi)的水體進(jìn)行熱交換，所述太陽(yáng)能電池與水循環(huán)集熱器整合為系統(tǒng)集熱器9。

保溫水箱內(nèi)設(shè)置輔助加熱器11，熱力循環(huán)回路上還設(shè)置有流量計(jì)12、補(bǔ)水閥13、放氣閥15。保溫水箱設(shè)置排水閥14。

本發(fā)明提供的節(jié)能型集熱裝置，其主要特點(diǎn)是：

（1）采用連續(xù)蛇形管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)PV/T集熱裝置

為降低制造工藝難度、增強(qiáng)可靠性，本裝置采用連續(xù)蛇形管道作為集熱器的冷卻水運(yùn)行軌道。設(shè)計(jì)PV/T系統(tǒng)水冷裝置的結(jié)構(gòu)框圖如圖１所示。PV/T系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由光伏發(fā)電系統(tǒng)和熱吸收系統(tǒng)兩部分構(gòu)成：光伏發(fā)電由太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電力由控制器1控制，可以存儲(chǔ)到蓄電池2，也可以經(jīng)由逆變器3逆變后供給負(fù)載16或者并入電網(wǎng)17。熱吸收系統(tǒng)包含兩個(gè)相互獨(dú)立的水循環(huán)回路，熱力循環(huán)回路和用戶(hù)熱水回路。熱力循環(huán)回路包含PV/T集熱器、50升的保溫水箱、水流管道、驅(qū)動(dòng)泵、補(bǔ)水閥、輔助加熱器、流量計(jì)、溫度計(jì)和泄壓閥等。熱力循環(huán)回路在流過(guò)保溫水箱時(shí)，只有熱交換，而不與保溫水箱中的水直接接觸，這樣就將用戶(hù)熱水與循環(huán)用水隔離，保證了用戶(hù)用水的衛(wèi)生。驅(qū)動(dòng)泵用電力驅(qū)動(dòng)，強(qiáng)制水流在管道內(nèi)循環(huán)，驅(qū)動(dòng)泵的功率決定了管道內(nèi)冷卻水的流動(dòng)速度。流量計(jì)和溫度計(jì)用于測(cè)量系統(tǒng)參數(shù)，被測(cè)的溫度變量包括：熱器的進(jìn)水溫度Tin，出水溫度Tout，太陽(yáng)能電池組件表面溫度Tsurf，以及保溫水箱內(nèi)的水溫Tu。輔助電加熱器在太陽(yáng)能熱量不足時(shí)輔助加熱。補(bǔ)水閥用于補(bǔ)充熱力循環(huán)回路的水量，放氣閥將循環(huán)回路過(guò)大的水汽壓力釋放。

PV/T系統(tǒng)由單晶硅太陽(yáng)能電池和水循環(huán)集熱器及玻璃棉保溫層構(gòu)成。設(shè)計(jì)的PV/T發(fā)電集熱器結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。它是由許多層不同的材料粘合層壓及組合在一起，從左至右依次為鋼化玻璃21、EVA膠膜22、太陽(yáng)能晶體芯片23、EVA膠膜22、TPT背膜24、水循環(huán)集熱器25及保溫層26。從剖面圖看，左邊四層隸屬于太陽(yáng)能電池，從左到右分別是鋼化玻璃、太陽(yáng)能芯片和背膜。EVA膠膜用于三者之間的固定和聯(lián)結(jié)。水冷裝置安裝在太陽(yáng)能電池組件的背面，將常規(guī)太陽(yáng)能組件的鋁合金框加寬，貼合上水冷裝置，然后用絕熱玻璃棉保溫。圖3是水循環(huán)集熱器25的結(jié)構(gòu)示意圖。

（2）循環(huán)水泵動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)控制方法

用溫度傳感器測(cè)量集熱器表面溫度Tsurf，以及保溫水箱中的水溫Tu,同時(shí)用太陽(yáng)能功率計(jì)測(cè)試當(dāng)時(shí)的太陽(yáng)能入射功率Psolar，以三個(gè)參數(shù)為自變量，控制循環(huán)驅(qū)動(dòng)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)。控制流程圖如圖4所示。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同替換所限定，在未經(jīng)創(chuàng)造性勞動(dòng)所作的改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。