太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的熱泵冷卻/供熱系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種冷卻/供熱系統(tǒng)，具體涉及一種太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的熱栗 冷卻/供熱系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前我國(guó)各類太陽能光伏發(fā)電的設(shè)備生產(chǎn)及運(yùn)行技術(shù)已經(jīng)技術(shù)成熟，并且使用廣 泛。作為發(fā)電系統(tǒng)是極其方便清潔的太陽能使用方式。但是此種太陽能利用系統(tǒng)方式的缺 陷是：系統(tǒng)的發(fā)電效率隨著光伏板的工作溫度變化，發(fā)電的效率也發(fā)生變化，每當(dāng)工作溫 度升高TC，發(fā)電效率就會(huì)下降0. 4%。一般講在當(dāng)太陽能光照強(qiáng)度為lkW/m2時(shí)，0. 8m2的 太陽能光伏板在20-25°C工作溫度時(shí)的發(fā)電量約計(jì)160W，剩余的太陽能轉(zhuǎn)化為熱量存儲(chǔ)在 光伏板中，致使太陽能光伏板在夏季時(shí)的工作溫度可達(dá)到70°C以上，冬季的工作溫度可達(dá) 到50°C以上。基于以上運(yùn)行狀況可以看出，太陽能光伏板的實(shí)際發(fā)電效率會(huì)產(chǎn)生極大的下 降，夏季時(shí)工作較正常溫度升高了約50°C，其發(fā)電效率將下降50*0. 4%= 20% ;即使在冬 季時(shí)工作較正常溫度升高了約30°C，其發(fā)電效率將下降30*0. 4%= 12%?？梢娞柲芄夥?發(fā)電系統(tǒng)的熱量聚集造成工作溫度的上升，是影響其發(fā)電量的主要矛盾。
[0003] 目前解決此項(xiàng)難題的主要技術(shù)是采用水冷式循環(huán)系統(tǒng)，將產(chǎn)生的熱量通過冷卻水 排放到環(huán)境中。此種方式可以改善太陽能光伏板的工作溫度，提高產(chǎn)電量；同時(shí)可以產(chǎn)生熱 水供熱用戶使用，使太陽能的單一發(fā)電利用方式改變?yōu)楣?發(fā)電綜合利用方式。但是此 種方式的缺陷有兩點(diǎn)：其一是必須有熱用戶的存在，否則提取出的冷卻熱將不得不直接排 放到大氣中，尤其是在非采暖季節(jié)無熱量需求時(shí)，造成太陽能的季節(jié)性浪費(fèi)；其二是由于季 節(jié)的影響，冷卻水的溫度不可能大幅度降低，如夏季的冷卻水降溫后的極限值還可能達(dá)到 50°C以上，使太陽能光伏板的發(fā)電效率還有很大的損失。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型提供一種太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的熱 栗冷卻/供熱系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術(shù)中太陽能光伏板的工作溫度受季節(jié)影響發(fā)電效率低、太 陽能光伏板冷卻熱資源浪費(fèi)、的問題。
[0005] -種太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的熱栗冷卻/供熱系統(tǒng)分別承擔(dān)系統(tǒng)光伏發(fā)電和冷卻 供熱的運(yùn)行功能，本系統(tǒng)始終對(duì)太陽能光伏板實(shí)施冷卻，確保太陽能光伏板的工作溫度不 受季節(jié)的影響，穩(wěn)定控制在最佳工作溫度下實(shí)施光電轉(zhuǎn)化，以便確保太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 的發(fā)電效率得以最大化運(yùn)行；同時(shí)熱栗吸收的低質(zhì)熱量將穩(wěn)定可控提質(zhì)到高質(zhì)熱量，實(shí)施 溫度穩(wěn)定的供熱。具體的運(yùn)行技術(shù)方案如下：
[0006] -種太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的熱栗冷卻/供熱系統(tǒng)，包括太陽能光伏板，設(shè)置于太 陽能光伏板下方的工質(zhì)蒸發(fā)器，工質(zhì)蒸發(fā)器依次與三通換向閥、工質(zhì)壓縮機(jī)、工質(zhì)冷凝器、 電子膨脹閥形成循環(huán)回路，工質(zhì)蒸發(fā)器上設(shè)有工質(zhì)溫度計(jì)，工質(zhì)冷凝器中設(shè)有熱水溫度計(jì)， 工質(zhì)溫度計(jì)、熱水溫度計(jì)和電子膨脹閥分別與主控機(jī)連接。
[0007] 所述工質(zhì)冷凝器設(shè)有供水口和回水口，與用戶采暖設(shè)備相連。
[0008] 所述工質(zhì)為低沸點(diǎn)介質(zhì)。
[0009] 本實(shí)用新型的有益效果為：本實(shí)用新型提出的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的熱栗冷卻/ 供熱系統(tǒng)，是一種全年季節(jié)可以使用冷卻熱的方法，冷卻媒介循環(huán)熱載體為一種低沸點(diǎn)介 質(zhì)。由此可實(shí)現(xiàn)循環(huán)介質(zhì)的相變蒸發(fā)，可強(qiáng)烈吸收太陽能光伏板聚集的熱量，并不受季節(jié) 的影響，實(shí)現(xiàn)太陽能長(zhǎng)時(shí)效多季節(jié)的最佳使用效果，使太陽能光伏板的工作溫度低于環(huán)境 溫度，極大地改善其發(fā)電特性；同時(shí)吸取的熱量可通過熱栗方式，一年四季可產(chǎn)生穩(wěn)定溫 度的熱水，實(shí)現(xiàn)清潔供熱的效果。本項(xiàng)技術(shù)可使原有不可控冷卻型變更可控冷卻型供熱 /供電型雙功能型系統(tǒng)，使全時(shí)段全季節(jié)使用中的效果均達(dá)到最佳的工作溫度，充分利用太 陽能資源，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)省礦物能源和保護(hù)環(huán)境的功效。
[0010] 本項(xiàng)實(shí)用新型在確保太陽能光電系統(tǒng)最佳工作溫度的同時(shí)，可繼續(xù)回收冷卻熱量 用于供熱，使原有系統(tǒng)的太陽能利用率獲得極大的提高，達(dá)到全年最佳太陽能光伏發(fā)電運(yùn) 行的模式，設(shè)備的年利用率亦將獲得極大提高，由此會(huì)極大地增加年產(chǎn)能率，使太陽能全年 的利用率達(dá)到最大化；同時(shí)可利用熱栗提升能質(zhì)，將較低溫度的冷卻熱量提升到較高能質(zhì)， 達(dá)到生活和供熱溫度的需求，使低質(zhì)熱能在全年度期間也得到了回收利用。
【附圖說明】
[0011] 圖1本實(shí)用新型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的熱栗冷卻/供熱系統(tǒng)工藝流程圖；
[0012] 其中，1、太陽能光伏板2、工質(zhì)蒸發(fā)器3、三通換向閥4、工質(zhì)壓縮機(jī)5、工質(zhì)冷凝 器6、電子膨脹閥7、回水口 8、供水口 9、主控機(jī)10、工質(zhì)溫度計(jì)11、熱水溫度計(jì)。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0014] 如圖所示，本實(shí)用新型的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的熱栗冷卻/供熱系統(tǒng)，包括太陽 能光伏板1，設(shè)置于太陽能光伏板1下方的工質(zhì)蒸發(fā)器2,工質(zhì)蒸發(fā)器2依次與三通換向閥 3、工質(zhì)壓縮機(jī)4、工質(zhì)冷凝器5、電子膨脹閥6形成循環(huán)回路，工質(zhì)蒸發(fā)器2上設(shè)有工質(zhì)溫度 計(jì)10,工質(zhì)冷凝器5中設(shè)有熱水溫度計(jì)11，工質(zhì)溫度計(jì)10、熱水溫度計(jì)11和電子膨脹閥6 分別與主控機(jī)9連接。工質(zhì)冷凝器5設(shè)有供水口 8和回水口 7,與用戶采暖設(shè)備相連。
[0015] 當(dāng)太陽能光伏板1發(fā)電工作時(shí)，將三通換向閥3放置在連通工質(zhì)蒸發(fā)器2和壓縮 機(jī)4的位置上。低溫液態(tài)工質(zhì)在工質(zhì)蒸發(fā)器2中沸騰蒸發(fā)，強(qiáng)烈吸收太陽能光伏板1中的 熱量，其工作溫度達(dá)到最佳要求；系統(tǒng)主控機(jī)9根據(jù)的工質(zhì)溫度計(jì)10的上限達(dá)標(biāo)指示信號(hào) 啟動(dòng)壓縮機(jī)4,將工質(zhì)蒸發(fā)器2中氣化的低溫工質(zhì)壓縮為高溫高壓氣態(tài)工質(zhì)通過工質(zhì)冷凝 器5的管程，將高溫氣化潛熱及部分顯熱間接加熱冷凝器5殼程中的水體，使達(dá)到供熱的溫 度要求，并通過回水口 7和供熱口 8,保持向用戶供應(yīng)生活和采暖熱水。冷凝后的高壓液體 將通過電子膨脹閥6實(shí)施節(jié)流降壓，并以低溫液態(tài)的形式回到工質(zhì)蒸發(fā)器2中，由此完成其 整個(gè)循環(huán)。系統(tǒng)主控機(jī)9將根據(jù)熱水溫度計(jì)11的上限達(dá)標(biāo)指示，控制供回水的流量，確保 供熱溫度的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；系統(tǒng)主控機(jī)9將根據(jù)工質(zhì)溫度計(jì)10的上限達(dá)標(biāo)指示，調(diào)節(jié)電子膨脹 閥6的工質(zhì)流量，確保太陽能光伏板1中的工作溫度達(dá)到最佳要求。
[0016] 實(shí)施例
[0017] 設(shè)某太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在天津地區(qū)實(shí)施運(yùn)行，計(jì)算條件按標(biāo)準(zhǔn)光伏板0.8m2， 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電量160wh/h對(duì)應(yīng)的工作溫度為20°C，工作溫度每升高1°C，光伏發(fā)電效率將下降 0.4% ;每個(gè)光伏板的集熱量占太陽能總輻射量的70%。無冷卻條件下光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電 量計(jì)算表見表1，如果本實(shí)用新型的系統(tǒng)中選用循環(huán)工質(zhì)為R134a，夏季、冬季和春秋季的 工作溫度壓力等物性參數(shù)表見表2 ;其在冷卻條件下光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量計(jì)算表見表3 ;冷 卻熱發(fā)電/供熱量計(jì)算見表4。
[0018] 表1 :無冷卻條件下光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量計(jì)算表
[0023] 表3 :熱栗冷卻供熱條件下發(fā)電量計(jì)算表
[0027] 計(jì)算例題顯示，按年值統(tǒng)計(jì)，每0. 8m2單位光伏發(fā)電板在增加熱栗冷卻條件下，可 使太陽能光伏發(fā)電量達(dá)到最佳狀態(tài)。
[0028] 按年值統(tǒng)計(jì)，每0. 8m2單位光伏發(fā)電板在增加熱栗冷卻條件下，可輸出1443. 6kWh/ 年的熱量。
[0029] 盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不 局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的 范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的熱栗冷卻/供熱系統(tǒng)，其特征在于，包括太陽能光伏板， 設(shè)置于太陽能光伏板下方的工質(zhì)蒸發(fā)器，工質(zhì)蒸發(fā)器依次與三通換向閥、工質(zhì)壓縮機(jī)、工 質(zhì)冷凝器、電子膨脹閥形成循環(huán)回路，工質(zhì)蒸發(fā)器上設(shè)有工質(zhì)溫度計(jì)，工質(zhì)冷凝器中設(shè)有熱 水溫度計(jì)，工質(zhì)溫度計(jì)、熱水溫度計(jì)和電子膨脹閥分別與主控機(jī)連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的熱栗冷卻/供熱系統(tǒng)，其特征在于，所述 工質(zhì)冷凝器設(shè)有供水口和回水口，與用戶采暖設(shè)備相連。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的熱泵冷卻/供熱系統(tǒng)，包括太陽能光伏板，設(shè)置于太陽能光伏板下方的工質(zhì)蒸發(fā)器,工質(zhì)蒸發(fā)器依次與三通換向閥、工質(zhì)壓縮機(jī)、工質(zhì)冷凝器、電子膨脹閥形成循環(huán)回路，工質(zhì)蒸發(fā)器上設(shè)有工質(zhì)溫度計(jì)，工質(zhì)冷凝器中設(shè)有熱水溫度計(jì)，工質(zhì)溫度計(jì)、熱水溫度計(jì)和電子膨脹閥分別與主控機(jī)連接。本實(shí)用新型在確保太陽能光電系統(tǒng)最佳工作溫度的同時(shí)，可繼續(xù)回收冷卻熱量用于供熱，使原有系統(tǒng)的太陽能利用率獲得極大的提高，達(dá)到全年最佳太陽能光伏發(fā)電運(yùn)行的模式，使太陽能全年的利用率達(dá)到最大化；同時(shí)可利用熱泵提升能質(zhì)，將較低溫度的冷卻熱量提升到較高能質(zhì)，達(dá)到生活和供熱溫度的需求，使低質(zhì)熱能在全年度期間也得到了回收利用。
【IPC分類】H02S40/42, F25B30/06, H02S40/44
【公開號(hào)】CN204810228
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520551701
【發(fā)明人】張于峰, 張彥
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年7月27日