一种电冷热联供的光能利用系统

技术领域

本发明涉及能源利用技术领域，特别是涉及一种电冷热联供的光能利用系统。

背景技术

光电系统是光能利用系统技术之一。传统光电系统利用设置于集热器表面的半导体材料的光伏效应，将太阳能转化为电能。但是，光电系统中的光伏发电板在工作过程中温度会上升，研究证明，光伏板的发电效率会随温度变化，因此，出现了光电系统与光热系统结合的光能利用系统技术，通过系统中循环的工质带走电池组件上产生的热量并可利用该部分热量，一方面，避免了光伏发电板发电产生的热量得到了有效利用，另一方面，光伏发电板的温度得到了一定程度的控制，发电效率得到了改善。整体提高了系统对太阳能的利用效率。

但是，光伏发电板由制冷剂直冷降温的技术，受限于制冷剂蒸发换热的不均匀性，光伏发电板的整体温度可以控制，但是光伏板局部区域仍然可能存在过热现象而出现热斑，影响系统的整体效率。同时，光伏发电板的温度通常受到季节以及天气的影响，制冷剂制冷降温受限于工况，可能出现冷量过剩的情形，同时也能出现，供热系统的热量供应无法满足使用需求。

发明内容

针对现有技术中光伏发电板的均温性不佳导致局部发热出现热斑的不足，本发明提供了一种电冷热联供的光能利用系统。

一种电冷热联供的光能利用系统，一种电冷热联供的光能利用系统，包括光伏发电系统、蓄冷系统、热泵系统，所述光伏发电系统可以向外提供电能，所述热泵系统可以向外提供热能，所述光伏发电系统包括光伏发电板，所述蓄冷系统包括蓄冷板，所述热泵系统包括热泵主路，所述热泵主路包括直冷板，所述蓄冷板与所述光伏发电板贴合，所述直冷板与所述蓄冷板贴合，所述蓄冷板位于所述直冷板与所述光伏发电板之间，所述蓄冷系统中的循环工质为蓄冷笼形水合物，所述蓄冷笼形水合物在蓄冷板内吸收或释放热量。

进一步，所述蓄冷型水合物的相变温度为5～10℃；所使用的蓄冷笼形水合物是一种特殊的相变材料，相变温度5～10℃，是主体水分子与客体分子在一定条件下结合的类冰状固体物质。水合物以浆体状态进行能源转化和储存在蓄冷和制冷中是一种高效稳定的方式。这种复杂和多变的相变储能耦合多相流动换热过程具有更突出的能源转化过程，水合物浆体的换热系数能够达到水的2-3倍，结合笼形水合物高潜热的储能特性，水合物浆体能在蓄冷过程中发挥重要的能换转化过程。水合物浆体的流动换热有高储能密度特性并且相变条件温和，在储能系统中具有较大的应用前景，并且能解决PVT系统的能源发电间歇性问题。

为了使系统可以对外提供冷量，满足用户对冷量的需求，进一步，所述蓄冷系统包括蓄冷罐、循环泵，所述循环泵为所述蓄冷型水合物在蓄冷系统中的流动提供循环动力，所述蓄冷罐可以向外提供冷量。

进一步，所述热泵主路包括节流装置、储热器、压缩机，所述储热器可以向外提供可供利用的热量，所述热泵系统中循环工质为制冷剂，所述热泵系统包括第一运行模式，所述热泵系统处于第一运行模式时，流出所述直冷板的制冷剂经压缩机压缩后进入所述储热器释放热量，然后经过所述节流装置节流后进入所述直冷板提供冷量。

为了解决阴雨天气等情形下光伏发电板的产热不足以满足用户供热需求的问题，进一步，所述热泵系统包括补充支路，所述补充支路与所述热泵支路的连接点其一位于所述直冷板与所述压缩机之间，另一位于所述储热器与所述节流装置之间，所述补充支路包括支路换热器、支路节流装置，所述热泵系统包括第二运行模式，所述热泵系统处于第二运行模式时，流出所述直冷板的制冷剂以及流出所述支路换热器的制冷剂均流入所述压缩机压缩，压缩后的制冷剂进入所述储热器释放热量，流出储热器的制冷剂一部分进入所述节流装置节流后流入所述直冷板，另一部分进入所述支路节流装置节流后流入支路换热器。

为了解决用户供热需求较少而光伏发电板的产热量较高的问题，进一步，所述热泵主路包括主路截止阀，所述主路截止阀设置于所述压缩机与所述储热器之间，所述补充支路包括支路截止阀，所述热泵系统包括旁通支路，所述旁通支路与所述补充支路的连接点位于所述支路换热器与所述支路截止阀之间，所述旁通支路与所述热泵主路之间的连接点位于所述主路截止阀与所述压缩机之间，所述旁通支路包括旁通截止阀，所述热泵系统包括第三运行模式，所述热泵系统处于第三运行模式时，所述主路截止阀处于关闭状态，所述支路截止阀处于关闭状态，所述旁通截止阀处于打开状态，流出所述直冷板的制冷剂流入所述压缩机压缩，压缩后的制冷剂经所述旁通截止阀后流入所述支路换热器释放热量，流出所述支路换热器的制冷剂经节流后流入所述直冷板。

本发明的电冷热联供的光能利用系统，利用蓄冷板内循环工质的均温性，提高光伏发电板的均匀性，防止出现光伏发电板均匀性不佳导致的局部发热引起热斑的现象出现；通过设置蓄冷罐，使得系统可以向外供应冷量；通过设置补充支路，使光伏发电板的产热不足使仍然可以满足用户供热需求；通过设置旁通支路，使光伏发电板的产热过多时热泵系统仍然可以具有较好的散热效果。

附图说明

图1是本发明电冷热联供的光能利用系统的一种实施方式示意图。

图2是图1所示电冷热联供的光能利用系统处于第一运行模式时的工作状态图。

图3是图1所示电冷热联供的光能利用系统处于第二运行模式时的工作状态图。

图4是图1所示电冷热联供的光能利用系统处于第三运行模式时的工作状态图。

具体实施方式

图1示意了一种电冷热联供的光能利用系统10，包括光伏发电系统11、蓄冷系统12、热泵系统13。

光伏发电系统11可以向外提供电能。光伏发电系统11包括光伏发电板111，光伏发电系统11的其他组成部分可以与一般的光伏发电系统一致，故附图中并未画出，且本文中不再介绍。

蓄冷系统12包括循环泵121、蓄冷罐122、蓄冷板123。蓄冷系统12中的循环工质采用蓄冷型水合物。本文中，蓄冷型水合物是指固液混合状态的浆体，使用一种蓄冷笼形水合物进行蓄冷。蓄冷型水合物在蓄冷板123内吸收或释放热量后进入蓄冷罐122，循环泵121为蓄冷型水合物在蓄冷系统12中的流动提供循环动力。当需要用到冷量时，蓄冷罐122可以向外提供冷量。一般而言，本发明的系统中，蓄冷型水合物的相变温度为5～10℃，此时，具有较高的系统效率。

热泵系统13可以向外提供热能。热泵系统中循环工质为制冷剂。热泵系统13包括热泵主路、补充支路、旁通支路。

热泵主路包括直冷板131、节流装置132、储热器133、压缩机134、主路截止阀135。当需要利用热量时，储热器可以向外提供可供利用的热量。主路截止阀135设置于压缩机134与储热器133之间。

补充支路与热泵支路的连接点其一位于直冷板131与压缩机134之间，另一位于储热器133与节流装置132之间。补充支路包括支路换热器136、支路节流装置137、支路截止阀138。

旁通支路与补充支路的连接点位于支路换热器136与支路截止阀138之间，旁通支路与热泵主路之间的连接点位于主路截止阀135与压缩机134之间。旁通支路包括旁通截止阀139。

热泵系统13包括第一运行模式、第二运行模式、第三运行模式。

热泵系统处于第一运行模式时，支路截止阀138、旁通截止阀139处于关闭状态，主路截止阀135处于打开状态，流出直冷板131的制冷剂经压缩机134压缩后进入储热器133释放热量，经过节流装置132节流后进入直冷板131提供冷量。

在热泵系统13处于第一运行模式时，若蓄冷系统12同时运行，此时，压缩机134具有较大的转速，热泵系统13中产生的冷量一部分通过直冷板131经蓄冷板123传递给光伏发电板111，另一部分冷量通过蓄冷系统12储存于蓄冷罐122。在需要供冷的季节，用户可以直接从蓄冷罐122内提取冷量。

热泵系统13处于第二运行模式时，主路截止阀135、支路截止阀138处于打开状态，旁通截止阀139处于关闭状态，流出直冷板131的制冷剂以及流出支路换热器136的制冷剂均进入压缩机134压缩，压缩后的制冷剂进入储热器133释放热量，流出储液器133的制冷剂一部分进入节流装置132节流后流入直冷板131，另一部分进入支路节流装置137节流后流入支路换热器136。热泵系统处于第二运行模式时，支路换热器136起到蒸发器的作用。

当供热需求较大时，光伏发电板111收集的热量不足以满足用户的供热需求，热泵系统13可以选择运行第二运行模式。此时，热量一方面来源于光伏发电板111，另一方面可以通过支路换热器136向环境吸取热量。第二运行模式在阴雨天气，光伏发电板111产生的热量较少时具有重要作用，可以满足用户的供热需求。

热泵系统13处于第三运行模式时，旁通截止阀139处于打开状态，主路截止阀135、支路截止阀138处于关闭状态，流出直冷板131的制冷剂流入压缩机134压缩，压缩后的制冷剂经旁通截止阀139后流入支路换热器136释放热量，流出支路换热器136的制冷剂经节流后流入直冷板131。

当供热需求较小，而光伏发电板111的热量较大，储热器133已经完成储热时，热泵系统13可以选择运行第三运行模式，此时，支路换热器136起到冷凝器的作用，热泵系统13通过直冷板131吸收到的热量通过支路换热器136释放到环境中。

蓄冷板123与光伏发电板111贴合，直冷板131与蓄冷板123贴合，蓄冷板123位于光伏发电板111与直冷板131之间。

光伏发电板111、蓄冷板123、直冷板131层叠设置，可以通过蓄冷板123内流体的均温作用，避免光伏发电板111局部过热而出现热斑，提高光伏发电板111的整体发电效率。

此种电冷热联供的光能利用系统10，因设置有蓄冷系统12，在光伏发电板111散热需求不大的季节，通过蓄冷系统12中的蓄冷型水合物的流动循环即可满足温控，避免压缩机频繁启停。在光伏发电板111散热需求很大的季节，通过削峰填谷，实现蓄冷系统12对热泵系统13的冷量供应形成补充。与可以利用峰谷电提高经济效益。同时，因蓄冷系统12的存在，当用户有冷量需求时，也可以从蓄冷系统12中的蓄冷罐122中储存的冷量获取。