太阳能光伏发电系统的热泵冷却/供热系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种冷却/供热系统，具体涉及一种太阳能光伏发电系统的热栗冷却 /供热系统。
【背景技术】
[0002] 目前我国各类太阳能光伏发电的设备生产及运行技术已经技术成熟，并且使用广 泛。作为发电系统是极其方便清洁的太阳能使用方式。但是此种太阳能利用系统方式的缺 陷是：系统的发电效率随着光伏板的工作温度变化，发电的效率也发生变化，每当工作温 度升高l°c，发电效率就会下降0. 4%。一般讲在当太阳能光照强度为lkW/m2时，0. 8m2的 太阳能光伏板在20-25°C工作温度时的发电量约计160W，剩余的太阳能转化为热量存储在 光伏板中，致使太阳能光伏板在夏季时的工作温度可达到70°C以上，冬季的工作温度可达 到50°C以上。基于以上运行状况可以看出，太阳能光伏板的实际发电效率会产生极大的下 降，夏季时工作较正常温度升高了约50°C，其发电效率将下降50*0.4%= 20% ;即使在冬 季时工作较正常温度升高了约30°C，其发电效率将下降30*0.4%= 12%。可见太阳能光伏 发电系统的热量聚集造成工作温度的上升，是影响其发电量的主要矛盾。
[0003] 目前解决此项难题的主要技术是采用水冷式循环系统，将产生的热量通过冷却水 排放到环境中。此种方式可以改善太阳能光伏板的工作温度，提高产电量；同时可以产生热 水供热用户使用，使太阳能的单一发电利用方式改变为供热/发电综合利用方式。但是此 种方式的缺陷有两点：其一是必须有热用户的存在，否则提取出的冷却热将不得不直接排 放到大气中，尤其是在非采暖季节无热量需求时，造成太阳能的季节性浪费；其二是由于季 节的影响，冷却水的温度不可能大幅度降低，如夏季的冷却水降温后的极限值还可能达到 50°C以上，使太阳能光伏板的发电效率还有很大的损失。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种太阳能光伏发电系统的热栗冷 却/供热系统，克服现有技术中太阳能光伏板的工作温度受季节影响发电效率低、太阳能 光伏板冷却热资源浪费、的问题。
[0005] -种太阳能光伏发电系统的热栗冷却/供热系统分别承担系统光伏发电和冷却 供热的运行功能，本系统始终对太阳能光伏板实施冷却，确保太阳能光伏板的工作温度不 受季节的影响，稳定控制在最佳工作温度下实施光电转化，以便确保太阳能光伏发电系统 的发电效率得以最大化运行；同时热栗吸收的低质热量将稳定可控提质到高质热量，实施 温度稳定的供热。具体的运行技术方案如下：
[0006] -种太阳能光伏发电系统的热栗冷却/供热系统，包括太阳能光伏板，设置于太 阳能光伏板下方的工质蒸发器，工质蒸发器依次与三通换向阀、工质压缩机、工质冷凝器、 电子膨胀阀形成循环回路，工质蒸发器上设有工质温度计，工质冷凝器中设有热水温度计， 工质温度计、热水温度计和电子膨胀阀分别与主控机连接。
[0007] 所述工质冷凝器设有供水口和回水口，与用户采暖设备相连。
[0008] 所述工质为低沸点介质。
[0009] 本发明的有益效果为：本发明提出的太阳能光伏发电系统的热栗冷却/供热系 统，是一种全年季节可以使用冷却热的方法，冷却媒介循环热载体为一种低沸点介质。由此 可实现循环介质的相变蒸发，可强烈吸收太阳能光伏板聚集的热量，并不受季节的影响， 实现太阳能长时效多季节的最佳使用效果，使太阳能光伏板的工作温度低于环境温度，极 大地改善其发电特性；同时吸取的热量可通过热栗方式，一年四季可产生稳定温度的热 水，实现清洁供热的效果。本项技术可使原有不可控冷却型变更可控冷却型供热/供电型 双功能型系统，使全时段全季节使用中的效果均达到最佳的工作温度，充分利用太阳能资 源，同时实现节省矿物能源和保护环境的功效。
[0010] 本项发明在确保太阳能光电系统最佳工作温度的同时，可继续回收冷却热量用于 供热，使原有系统的太阳能利用率获得极大的提高，达到全年最佳太阳能光伏发电运行的 模式，设备的年利用率亦将获得极大提高，由此会极大地增加年产能率，使太阳能全年的利 用率达到最大化；同时可利用热栗提升能质，将较低温度的冷却热量提升到较高能质，达到 生活和供热温度的需求，使低质热能在全年度期间也得到了回收利用。
【附图说明】
[0011] 图1本发明太阳能光伏发电系统的热栗冷却/供热系统工艺流程图；
[0012] 其中，1、太阳能光伏板2、工质蒸发器3、三通换向阀4、工质压缩机5、工质冷凝 器6、电子膨胀阀7、回水口 8、供水口 9、主控机10、工质温度计11、热水温度计。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0014] 如图所示，本发明的太阳能光伏发电系统的热栗冷却/供热系统，包括太阳能光 伏板1，设置于太阳能光伏板1下方的工质蒸发器2,工质蒸发器2依次与三通换向阀3、工 质压缩机4、工质冷凝器5、电子膨胀阀6形成循环回路，工质蒸发器2上设有工质温度计 10,工质冷凝器5中设有热水温度计11，工质温度计10、热水温度计11和电子膨胀阀6分 别与主控机9连接。工质冷凝器5设有供水口 8和回水口 7,与用户采暖设备相连。
[0015] 当太阳能光伏板1发电工作时，将三通换向阀3放置在连通工质蒸发器2和压缩 机4的位置上。低温液态工质在工质蒸发器2中沸腾蒸发，强烈吸收太阳能光伏板1中的 热量，其工作温度达到最佳要求；系统主控机9根据的工质温度计10的上限达标指示信号 启动压缩机4,将工质蒸发器2中气化的低温工质压缩为高温高压气态工质通过工质冷凝 器5的管程，将高温气化潜热及部分显热间接加热冷凝器5壳程中的水体，使达到供热的温 度要求，并通过回水口 7和供热口 8,保持向用户供应生活和采暖热水。冷凝后的高压液体 将通过电子膨胀阀6实施节流降压，并以低温液态的形式回到工质蒸发器2中，由此完成其 整个循环。系统主控机9将根据热水温度计11的上限达标指示，控制供回水的流量，确保 供热温度的稳定达标；系统主控机9将根据工质温度计10的上限达标指示，调节电子膨胀 阀6的工质流量，确保太阳能光伏板1中的工作温度达到最佳要求。
[0016] 实施例
[0017] 设某太阳能光伏发电系统在天津地区实施运行，计算条件按标准光伏板0.8m2， 标准发电量160wh/h对应的工作温度为20°C，工作温度每升高1°C，光伏发电效率将下降 0.4% ;每个光伏板的集热量占太阳能总辐射量的70%。无冷却条件下光伏发电系统发电 量计算表见表1，如果本发明的系统中选用循环工质为R134a，夏季、冬季和春秋季的工作 温度压力等物性参数表见表2 ;其在冷却条件下光伏发电系统发电量计算表见表3 ;冷却热 发电/供热量计算见表4。
[0018] 表1:无冷却条件下光伏发电系统发电量计算表
[0019]
[0023] 表3 :热栗冷却供热条件下发电量计算表
[0024]
[0027] 计算例题显示，按年值统计，每0.8m2单位光伏发电板在增加热栗冷却条件下，可 使太阳能光伏发电量达到最佳状态。
[0028] 按年值统计，每0. 8m2单位光伏发电板在增加热栗冷却条件下，可输出1443. 6kWh/ 年的热量。
[0029] 尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上 述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通 技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可 以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种太阳能光伏发电系统的热栗冷却/供热系统，其特征在于，包括太阳能光伏板， 设置于太阳能光伏板下方的工质蒸发器，工质蒸发器依次与三通换向阀、工质压缩机、工 质冷凝器、电子膨胀阀形成循环回路，工质蒸发器上设有工质温度计，工质冷凝器中设有热 水温度计，工质温度计、热水温度计和电子膨胀阀分别与主控机连接。2. 根据权利要求1所述太阳能光伏发电系统的热栗冷却/供热系统，其特征在于，所述 工质冷凝器设有供水口和回水口，与用户采暖设备相连。3. 根据权利要求1所述太阳能光伏发电系统的热栗冷却/供热系统，其特征在于，所述 工质为低沸点介质。
【专利摘要】本发明公开了一种太阳能光伏发电系统的热泵冷却/供热系统，包括太阳能光伏板，设置于太阳能光伏板下方的工质蒸发器,工质蒸发器依次与三通换向阀、工质压缩机、工质冷凝器、电子膨胀阀形成循环回路，工质蒸发器上设有工质温度计，工质冷凝器中设有热水温度计，工质温度计、热水温度计和电子膨胀阀分别与主控机连接。本发明在确保太阳能光电系统最佳工作温度的同时，可继续回收冷却热量用于供热，使原有系统的太阳能利用率获得极大的提高，达到全年最佳太阳能光伏发电运行的模式，使太阳能全年的利用率达到最大化；同时可利用热泵提升能质，将较低温度的冷却热量提升到较高能质，达到生活和供热温度的需求，使低质热能在全年度期间也得到了回收利用。
【IPC分类】H02S40/44, F25B30/06, H02S40/42
【公开号】CN105071767
【申请号】CN201510450421
【发明人】张于峰, 张彦
【申请人】天津大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月27日