自适应风气光热能源优化系统及控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种自适应风气光热能源优化系统及控制方法，属于建筑能源供应领域；主要是为了解决现有节能技术效果不理想，适应性不强等问题；本系统包括风力发电机组、光伏发电机组、电热蓄水储能装置、太阳能集热器、空气源热泵机组、控制系统、能源受体系统和建筑供电系统，其控制方法针对室温、发电和蓄热三个方面进行调节，对室温的调节通过采集室内外温度，判断启动供暖或者制冷系统；对发电系统的调节通过采集建筑所处地理位置的天气情况，判断建筑的用户类型，判断时间点是否为峰时段，进行蓄电或供电；对蓄热系统的调节通过采集蓄热系统的压力值和温度值，将其与设定值进行比较，根据比较结果控制启动蓄热系统、空气源热泵机组或热水系统。
【专利说明】
自适应风气光热能源优化系统及控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及建筑能源供应领域，具体涉及一种将多种可再生能源进行优化组合的智能化能源供应系统。
【背景技术】
[0002]目前，我国建筑能耗的总量逐年上升，在能源总消费量中所占的比例已从上世纪七十年代末的10 %，上升到27.45%,逐渐接近三成，国际上发达国家的建筑能耗一般占全国总能耗的33%左右。国家建设部科技司研究表明，随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善，我国建筑耗能比例最终还将上升至35%左右。如此大的比重，建筑耗能已经成为我国经济发展的软肋。
[0003]直到2002年末，我国节能建筑面积只有2.3亿平方米。我国已建房屋有400亿平方米以上属于高耗能建筑，总量庞大，潜伏巨大能源危机。正如住建部有关负责人指出，仅到2000年末，我国建筑年消耗商品能源共计3.76亿吨标准煤，占全社会终端能耗总量的27.6%，而建筑用能的增加对全国的温室气体排放“贡献率”已经达到了 25%。因高耗能建筑比例大，单北方采暖地区每年就多耗标准煤1800万吨，直接经济损失达70亿元，多排二氧化碳52万吨。如此状况继续发展，到2020年，我国建筑耗能将达到1089亿吨标准;到2020年，空调夏季高峰负荷将相当于10个三峡电站满负荷能力，这将会是一个十分惊人的数量。
[0004]目前消耗的能源主要是煤炭、石油和天然气等化石能源，但这些能源资源有限，不可再生，终究要枯竭。由此可见，提高可再生能源在建筑中的应用度是当务之急。现有的节能技术，如空气源热栗技术、太阳能集热器、光伏发电、风力发电等一批绿色能源技术、节能设备得到了大力推广，节能理念也得到很好地普及，这些能源技术在建筑行业中对能量的利用主要有以下几种形式:
[0005]第一种是空气源热栗。空气作为热栗的低位热源，取之不尽，用之不竭，处处都有，可以无偿获取，其缺点是室外空气的状态参数随地区和季节的不同而变化，这对热栗的供热能力和制热性能系数影响很大。
[0006]第二种是蓄冷/蓄热技术。因为是利用电价的峰谷差来达到节能的目的。由于它平衡了电网负荷，减少了电力高峰时在电网线路上的输电损失，所以这项节能技术对整个建筑节能产业有重要的意义。
[0007]第三种是太阳能集热技术。其缺点是受到极端天气影响时，集热性能很不好，并且在严寒地区还要采取防冻措施，普及性不强，不能大规模使用。
[0008]第四种是光伏发电技术。虽然光伏发电得到了很好地发展，但是光伏发电的间歇性，还有受到昼夜、季节、地理玮度和海拔高度等自然条件以及晴、阴、云、雨等天气因素的影响导致发电效率极低，还有待于进一步的探究。
[0009]也有部分技术采用了可再生能源集成的方法，如风光互补系统等，但是其所集成的能源有限，且无法根据系统所在的环境进行分析并处理，节能效果和适应性不理想。
【发明内容】
[0010]针对上述缺点，本发明提供了一种将多种可再生能源集成的能源优化系统，将风力发电、太阳能光伏发电、太阳能集热器、空气源热栗有机结合，不仅节约大量建筑空间，而且解决了现有技术在建筑中对能源综合利用不合理，节能效果不理想，适应性不强等问题。
[0011]为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:
[0012]—种自适应风气光热能源优化系统，包括风力发电机组、光伏发电机组、电热蓄水储能装置、太阳能集热器、空气源热栗机组、控制系统、能源受体系统和建筑供电系统，所述能源受体系统包括热水系统、供暖系统、制冷系统，所述建筑供电系统包括蓄电系统和市电系统;所述风力发电机组包括风力机、交流发电机、整流器、控制器一和风力发电逆变器，所述风力机连接交流发电机，所述交流发电机与控制器一之间连接有整流器，所述控制器一与风力发电逆变器和所述蓄电系统相连接，所述风力发电逆变器接入建筑供电系统;所述光伏发电机组包括光伏板、汇流箱、控制器二、光伏逆变器和反流割断器，所述光伏板连接汇流箱，汇流箱与控制器二之间接有反流割断器，所述控制器二与光伏逆变器和蓄电系统相连接，光伏逆变器接入建筑供电系统;所述电热蓄水储能装置包括集热器入水口、集热器出水口、热水入水口、热水出水口、空气源热栗入水口、空气源热栗出水口、辅助加热器、压力采集器和温度采集器一，电热蓄水储能装置分别与太阳能集热器、热水系统和空气源热栗机组相连接，所述太阳能集热器的出水口与集热器入水口之间接有阀门一，太阳能集热器的入水口与集热器出水口之间接有循环栗一和阀门二，所述热水系统的出水口与热水入水口之间接有循环栗二和阀门三，所述热水系统的入水口与热水出水口之间接有阀门四，所述空气源热栗机组的出水口与空气源热栗入水口之间接有循环栗三和阀门五，所述空气源热栗机组的入水口与空气源热栗出水口之间接有阀门六，电热蓄水储能装置接入建筑供电系统;所述太阳能集热器上设有温度采集器二;所述空气源热栗机组还与制冷系统连接，空气源热栗机组的出水口与制冷系统的入水口之间接有循环栗四和阀门七，空气源热栗机组的入水口与制冷系统的出水口之间接有阀门八，空气源热栗机组接入建筑供电系统;所述电热蓄水储能装置、太阳能集热器、空气源热栗机组、能源受体系统和建筑供电系统均由控制系统控制;所述供暖系统接入建筑供电系统。
[0013]所述光伏发电机组还包括透明隔热层，光伏板为透明光伏板，透明光伏板固定在透明隔热层上，且太阳能集热器设置在透明隔热层下方。
[0014]所述光伏发电机组和太阳能集热器可设置若干个。
[0015]所述电热蓄水储能装置还包括补水进水口、溢出水口和泄水口。
[0016]所述蓄电系统为蓄电池。
[0017]所述供暖系统采用碳纤维供暖系统，碳纤维供暖系统内安装有温控器。
[0018]所述风力发电逆变器和光伏逆变器与建筑供电系统之间接有电能表和有双向表。
[0019]本发明还提供一种自适应风气光热能源优化的控制方法，包括对室温、发电和蓄热三个方面的调节:
[0020]对室温调节，具体包括以下步骤:
[0021 ]步骤1:采集室内温度TO和室外温度Tl;
[0022]步骤2:判断室内温度TO是否小于15°C;若是，则执行步骤3;若否，则执行步骤2.1;
[0023]步骤2.1:判断室内温度TO是否在15°C和28°C之间；若15 °C <TO<28 °C，则执行步骤5 ；若TO > 28 °C，则执行步骤3.1 ；
[0024]步骤3:判断室外温度Tl是否小于15°C;若是，则执行步骤4;若否，则执行步骤5;
[0025]步骤3.1:判断室外温度Tl是否大于28°C;若是，则执行步骤6;若否，则执行步骤5;
[0026]步骤4:执行供暖操作；
[0027]步骤4.1:判断蓄电池是否有电；若蓄电池有电，则执行步骤4.1.1;若蓄电池无电，则执行步骤4.1.2;
[0028]步骤4.1.1:启动碳纤维供暖系统，空气源热栗机组、风力发电机组、光伏发电机组、太阳能集热器、碳纤维供暖系统和蓄电池处于启动状态，太阳能集热器处于备用状态，蓄电池接入市电系统向碳纤维供暖系统供电；
[0029]步骤4.1.2:启动碳纤维供暖系统，蓄电池接入市电系统，空气源热栗机组、风力发电机组、光伏发电机组、太阳能集热器、碳纤维供暖系统和蓄电池处于启动状态，太阳能集热器处于备用状态，市电系统向碳纤维供暖系统供电；
[0030]步骤5:执行既不供暖也不制冷操作，制冷系统和碳纤维供暖系统关闭，循环栗K4、阀门D1、D2关闭开关K6打开，空气源热栗机组、风力发电机组、光伏发电机组、太阳能集热器和蓄电池设备处于启动状态；
[0031]步骤6:执行制冷操作；
[0032]步骤6.1:判断蓄电池是否有电；若蓄电池有电，则执行步骤6.1.1;若蓄电池无电，则执行步骤6.1.2;
[0033]步骤6.1.1:启动空气源热栗机组，循环栗K3启动、阀门Cl、C2打开，空气源热栗机组、风力发电机组、光伏发电机组、太阳能集热器、制冷系统和蓄电池处于启动状态，蓄电池接入市电系统向空气源热栗机组供电；
[0034]步骤6.1.2:启动空气源热栗机组，循环栗K3启动、阀门C1、C2打开，空气源热栗机组、风力发电机组、光伏发电机组、太阳能集热器、制冷系统和蓄电池处于启动状态，市电系统向空气源热栗机组供电；
[0035]对发电系统的调节，具体包括以下步骤:
[0036]步骤I:采集建筑所处地理位置的天气情况；
[0037]步骤2:判断时间点是白天和晴天还是夜晚阴雨天;若为白天晴天，则执行步骤3;若为夜晚阴雨天，则执行步骤4;
[0038]步骤3:启动光伏发电机组和风力发电机组进行发电；
[0039]步骤4:风力发电机组进行发电；
[0040]步骤5:判断建筑是否需要电负荷;若是，则执行步骤5.1;若否，则执行步骤7;
[0041]步骤5.1:判断建筑的用户类型;若用户为居民住户，则进行步骤6;若用户为企业或工厂，则执行步骤5.2;
[0042]步骤5.2:判断时间点是否为峰时段;若是，则进行步骤6;若否，则进行步骤7;
[0043]步骤6:发电机组所发出的电进行直供，并判断所发出的电是否满足建筑电负荷；若所发出的电有剩余，则进行步骤7;若所发出的电满足不了建筑电负荷，执行步骤8;
[0044]步骤7:发电机组所发出的电进行蓄电；
[0045]步骤8:市电系统接入，供给建筑所需要的电负荷；
[0046]蓄热系统控制环节的调节，此环节对电热蓄水储能装置中水的压力和温度同时进行调节，其中对压力的调节具体包括以下步骤:
[0047]步骤1:采集电热蓄水储能装置的压力为PO;
[0048]步骤2:判断电热蓄水储能装置的压力PO是否小于最小压力Pl(设定值，可更改)；若否，则执行步骤5;若是，则执行步骤3;
[0049]步骤3:将电热蓄水储能装置中的补水进水口打开；
[0050]步骤4:判断电热蓄水储能装置的压力PO是否大于最大压力P2(设定值，可更改)；若否，则执行步骤3;若是，则执行步骤5;
[0051]步骤5:将电热蓄水储能装置中的补水进水口关闭；
[0052]其中对水温的调节具体包括以下步骤:
[0053]步骤1:采集电热蓄水储能装置的水温温度为T2;
[0054]步骤2:判断电热蓄水储能装置的水温T2是否小于设定值T5(可更改)；若否，则进行步骤3;若是，则进行步骤4;
[0055]步骤3:启动热水系统；
[0056]步骤4:设定太阳能集热器的水温为Τ3，判断太阳能集热器的水温Τ3是否小于设定值Τ5;若否，则进行步骤5;若是，则进行步骤6;
[0057]步骤5:启动电热蓄水储能装置、太阳能集热器和热水系统；
[0058]步骤6:设定空气源热栗机组的水温为Τ4，判断空气源热栗机组的水温Τ4是否小于设定值Τ5;若否，则进行步骤7;若是，则进行步骤8;
[0059]步骤7:启动电热蓄水储能装置、空气源热栗机组和热水系统；
[0060]步骤8:判断蓄电池是否有电；若蓄电池有电，则进行步骤10;若蓄电池无电，则进行步骤9 ；
[0061]步骤9:启动电热蓄水储能装置，电热蓄水储能装置接入市电系统；
[0062]步骤10:启动电热蓄水储能装置，将电热蓄水储能装置和蓄电池接入市电系统。
[0063]本发明的自适应风气光热能源优化系统及控制方法与现有技术相比具有如下的效果和优点:
[0064]1、本发明将太阳能光热、太阳能光电、风能、空气能这四种常见取之不尽，用之不竭，可以无偿获取的可再生能源作为基础能源，通过优化组合后与储电系统和蓄热系统相结合为建筑提供生活热水，制冷，照明，供暖等能源供应，此能源供应系统将利用太阳能、空气能等可再生能源的特点进行优势互补，白天利用光伏发电并利用太阳能集热器收集热能，在满足建筑物能源需求的基础上，将多余的光伏、风能发出的电能存储在蓄电系统，将太阳能光热和空气源热存储在蓄热系统中供给建筑热水需求，将空气源热栗产生的冷风通过排风气管为建筑制冷，较好的解决了能源综合利用不合理的问题。
[0065]2、本发明所提到的系统及技术使用范围广，无论是北方极寒地区、南方夏季高温地区、只要合理组合四种基础能源形势，实现最优的运行方式，都很好的解决建筑能源供应问题。
[0066]3、本发明所提到太阳能光伏组件和太阳能集热器设备，其中太阳能光热和太阳能光电的设备有效的结合为建筑节约了大量建筑空间，无需额外用地或增建其他设施，同时提高了太阳能集热器本发明将最廉价的可再生能源技术合理集成大大降低了投资成本使得本发明具有普及性强的优点。
[0067]4、本发明所采用的碳纤维供暖系统，相对于传统采暖方式，碳纤维电地暖所采用的碳纤维长丝发热远红外电地暖供暖系统的热转换率高达99%以上，大大减少转换及传递过程中的能量损失。不占用任何室内平面空间、低费用运行、升温迅速、安全可靠、不会出现漏电、过电现象同时系统免维护，不会出现任何维护费用等都是碳纤维供暖的优势。
【附图说明】
[0068]图1是本发明实施例的能源流动示意图；
[0069]图2是本发明实施例的具体实施方案图；
[0070]图3是本发明实施例的光伏发电机组和太阳能集热器的结构示意图；
[0071 ]图4是本发明实施例的电热蓄水储能装置的结构示意图；
[0072]图5是本发明实施例的控制方法流程图；
[0073]其中:2、碳纤维供暖系统；3、太阳能集热器;4、电热蓄水储能装置;5、空气源热栗机组;6、热水系统;7、制冷系统;8、蓄电池；11、风力机；12、交流发电机;13、整流器;14、控制器一；15、风力发电逆变器;21、透明光伏板;22、汇流箱;23、控制器二; 24、光伏逆变器;25、反流隔断器;26、透明隔热层;27、光伏板固定卡件;28、隔热层支架;31、太阳能集热器支架；40、辅助加热器;41、集热器入水口；42、集热器出水口 ；43、热水入水口 ；44、热水出水口；45、空气源热栗入水口 ；46、空气源热栗出水口 ；47、补水进水口 ；48、溢出水口 ；49、泄水口
【具体实施方式】
[0074]下面结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
[0075]如图1所示的自适应气光热能源优化系统的能源流动示意图。本发明是基于能源的流动方向，将光热、光电等可再生能源各自优点集成，使系统发挥最大的能效作用。本发明可以划分为三层，第一层为基础能源层，第二层为能源转化层，第三层为能源流动层。基础能源层是由风能、光电、光热和空气热能等可再生能源组成，能源转化层是由风力发电机组、光伏发电机组、太阳能集热器、空气源热栗机组组成，能源流动层是由市电系统、供暖系统、热水系统、蓄电系统、制冷系统、蓄热系统组成，建筑供电系统向供暖系统、制冷系统和蓄热系统供电，本系统控制蓄电系统向供暖系统、制冷系统和蓄热系统供电。
[0076]本发明的一种自适应风气光热能源优化系统，包括风力发电机组、光伏发电机组、电热蓄水储能装置、太阳能集热器、空气源热栗机组、控制系统、能源受体系统和建筑供电系统，所述能源受体系统包括热水系统、供暖系统、制冷系统，所述建筑供电系统包括蓄电系统和市电系统，所述电热蓄水储能装置、太阳能集热器、空气源热栗机组、能源受体系统和建筑供电系统均由控制系统控制，本发明实施例中的控制系统可为PLC控制器或DCS，蓄电系统为蓄电池。
[0077]如图2所示，风力发电机组包括风力机11、交流发电机12、整流器13、控制器一 14和风力发电逆变器15，风力机11连接交流发电机12，交流发电机12与控制器一 14之间连接有整流器13，控制器一 14与风力发电逆变器15和蓄电池8相连接，风力发电逆变器15接入建筑供电系统。
[0078]光伏发电机组包括光伏板、汇流箱22、控制器二 23、光伏逆变器24和反流割断器25，所述光伏板连接汇流箱22，汇流箱22与控制器二 23之间接有反流割断器25，控制器二 23与光伏逆变器24和蓄电池9相连接，光伏逆变器24接入市电系统。本发明实施例为了使太阳能集热器的集热效果更佳，将太阳能集热器3置于光伏板下方，如图3所示，光伏板采用透明光伏板21，将透明光伏板21通过光伏板固定卡件27固定在透明隔热层26上，透明隔热层26固定在隔热层支架28上，隔热层支架28的高度和位置可根据所处的地理经玮度而定以保证最佳光照角度和时间，将太阳能集热器3放置于透明隔热层26的下方，用太阳能集热器支架31固定，该透明隔热层26利用透镜原理使太阳能集热器最大能效的转化光热，使透明光伏板21能在最佳的温度下发电，太阳能集热器3的集热性能大大增加，即使在温度较低的季节，太阳能集热器3的工作性能依然很好。本实施例中的光伏板21和太阳能集热器3可根据使用需要设置η组，若干个，风力发电逆变器15和光伏逆变器24与建筑供电系统之间可根据需求可接入电能表和双向表，记录所使用和所发出的电能。
[0079]如图4所示，本实施例中蓄热系统采用可储存热水的电热蓄水储能装置4，包括集热器入水口 41、集热器出水口 42、热水入水口 43、热水出水口 44、空气源热栗入水口 45、空气源热栗出水口 46、辅助加热器40、压力采集器和温度采集器一。本实施例中的电热蓄水储能装置4还设有补水进水口 47、溢出水口 48和泄水口 49。
[0080]如图2所示，电热蓄水储能装置4分别与提供给建筑热水的太阳能集热器3、提供建筑生活热水的热水系统6和空气源热栗机组5相连接，太阳能集热器3的出水口与集热器入水口 41之间接有阀门Al，太阳能集热器3的入水口与集热器出水口 42之间接有循环栗Kl和阀门Α2，热水系统6的出水口与热水入水口 43之间接有循环栗Κ2和阀门BI，热水系统6的入水口与热水出水口 44之间接有阀门Β2，空气源热栗机组5的出水口与空气源热栗入水口 45之间接有循环栗Κ3和阀门CI，空气源热栗机组5的入水口与空气源热栗出水口 46之间接有阀门C2，压力采集器和温度采集器一用于实时采集电热蓄水储能装置4的压力和温度，补水进水口47是为电热蓄水储能装置进行补水的，溢出水口48是防止电热蓄水储能装置补水过多时将过量的水排出，泄水口 49是在验收、故障、停栗时使用，辅助加热器40接入建筑供电系统。
[0081]太阳能集热器3上设有温度采集器二。空气源热栗机组5还与制冷系统7连接，空气源热栗机组5的出水口与制冷系统7的入水口之间接有循环栗Κ4和阀门Dl，空气源热栗机组5的入水口与制冷系统7的出水口之间接有阀门D2，空气源热栗机组5接入建筑供电系统。
[0082]本发明实施例中的供暖系统采用碳纤维供暖系统2，碳纤维供暖系统具有保温系统，其保暖系统的作用是杜绝碳纤维电地暖所产生的热量向地坪方向的流失，并强制热量向室内传递，碳纤维供暖系统内安装有温控器，温控器通过感应采暖室内环境温度的变化，来控制碳纤维电地暖所提供的热量，设定合理的采暖温度可大大提高系统的有效工作效率，并减少能耗，可实现系统对温度的智能控制。可手动改变温控器的温度设定值，也可对控制系统进行编程实现自动控制。
[0083]将碳纤维供暖系统接入市电系统，太阳能光伏机组可为电热蓄水储能装置、空气源热栗机组、碳纤维供暖系统、制冷系统以及系统中的控制器一和控制器二提供电能。
[0084]电热蓄水储能装置、太阳能集热器、空气源热栗机组、能源受体系统和建筑供电系统均由控制系统控制。控制系统根据系统能源需求在能源转化层和能源流动层中加以控制，主要是根据系统的制冷、供暖、热水、供电这四个方面反馈回来的具体参数，由内部程序自动切换设备的启停，从而达到最优的能源利用方式的组合，内部程序的主要是结合所处的环境气候、季节、时间点(白天或者夜晚)和住户的能源需求来设计，最终实现一次能源的最佳转换和设备的最佳运行，为住户提供满意的能源供应(为了使附图2清晰，未标注控制系统)。根据需要控制的模块，在各设备和管路中合理布置数据采集器、循环栗、流量表、压力表和温度传感器，并将它们接入控制系统。
[0085]在基础能源组合方案确定的情况下，在能源转化层中，依托光伏发电机组和风力发电机组发出的电，带动碳纤维供暖系统和空气源热栗做功，将空气热能转换到蓄热系统中同时将工作产生的冷风输送到制冷系统中，控制系统则根据季节的不同，具体建筑物要求和用户需求不同，向用户输送达到建筑标准要求和住户要求的能源(供暖、制冷、生活热水等)O
[0086]以太阳能极其丰富的地区为例，本发明系统针对室温、发电和蓄热三个方面进行调节，其中对室温的调节过程如下:
[0087]夏季炎热时，建筑需要制冷，控制系统自动将碳纤维供暖系统关闭，而空气源热栗机组、风力发电机组、光伏发电机组、太阳能集热器、制冷系统和蓄电池等设备处于启动状态，建筑生活热水可由太阳能集热器或空气源热栗机组提供，此时空气源热栗机组和制冷系统主要为建筑制冷，循环栗1(1、1(2和1(4开启运行，阀门41)2、81、82、01和02打开，循环栗K3和阀门Cl、C2根据需要选择性的启动运行或打开。
[0088]春秋凉爽季节时，建筑基本不需要供暖和制冷，控制系统根据天气选择性将碳纤维供暖系统和空气源热栗机组关闭，此时太阳能集热器工作性能良好，建筑的生活热水尽可能由太阳能集热器提供，在满足不了建筑需求时，空气源热栗机组会作为补充能源接入系统。空气源热栗机组、风力发电机组、光伏发电机组、太阳能集热器和蓄电池等设备处于启动状态，循环栗Kl和K2开启运行，阀门Al、六2、81和82打开，循环栗1(3和1(4，阀门Cl、C2、D1和D2根据需要选择性的启动运行或打开。
[0089]冬季寒冷季节时，建筑需要大量供暖，碳纤维供暖系统工作，系统负荷主要由风力发电机组和光伏发电机组提供，生活热水则由空气源热栗机组提供，此时太阳能集热器工作性能较差，控制系统可根据天气选择性将其关闭，在空气源热栗机组产生的生活热水达不到电热蓄水储能装置的温度标准时，电热蓄水储能装置中的辅助加热器接入市电系统来满足建筑的需求，而空气源热栗机组所产生的热水则作为辅助能源补充。冬季夜晚，普遍温度都比较低，用户对供暖需求较大，控制系统根据负荷要求控制蓄电池间歇性的对碳纤维供暖系统供电使室温保持恒定。空气源热栗机组、风力发电机组、光伏发电机组、太阳能集热器、碳纤维供暖系统和蓄电池等设备处于启动状态，太阳能集热器处于备用状态，循环栗K2和K3开启运行，开关K6闭合、阀门B1、B2、C1和C2打开，循环栗Kl和阀门A1、A2根据需要选择性的启动运行或打开，循环栗K4和阀门D1、D2关闭。
[0090]对发电的调节过程如下:
[0091]风力发电机组和光伏发电机组所发出的电，可按照居民和企业工厂、峰时、谷时和平时的不同，选择性的通过控制系统进行直供或蓄电；当用户类型为居民，夏季时，尽可能的利用系统发出的电，并将多余的电存储在蓄电系统中，空气源热栗机组运行，控制系统将风力发电机组和光伏发电机组所发出的电直供给空气源热栗机组;若有剩余，则将其剩余部分的电存储在蓄电池中，在晚上或者阴雨天供建筑整个系统运行使用;冬季时，空气源热栗机组和碳纤维供暖系统负荷大，将风力发电机组和光伏发电机组所发出的电直供给碳纤维供暖系统和空气源热栗机组，若有剩余，则将其剩余部分的电存储在蓄电池中，供建筑整个系统运行及晚上照明使用;如果风力发电机组和光伏发电机组所发出的电不能满足建筑负荷，则市电系统接入供给建筑所需电能；当用户类型为企业或工厂，夏季时，空气源热栗机组运行，若为峰时，将风力发电机组和光伏发电机组所发出的电直供给空气源热栗机组，若不是峰时，则对蓄电池进行蓄电，如果风力发电机组和光伏发电机组所发出的电不能满足建筑负荷，则市电系统接入供给建筑所需电能;冬季时，空气源热栗机组、碳纤维供暖系统负荷大，若为峰时，将风力发电机组和光伏发电机组所发出的电直供给碳纤维供暖系统和空气源热栗机组，若不是峰时，则对蓄电池进行蓄电，当风力发电机组和光伏发电机组系统所发出的电不能满足建筑负荷，则市电系统接入供给建筑所需电能。
[0092]对蓄热的调节过程如下:
[0093]夏季时，太阳能集热器工作效果很好，基本能满足建筑热水需求，所产出的热水白天一部分直接通过电热蓄水储能装置为建筑提供热水，剩余部分则存储在电热蓄水储能装置中供夜间无太阳光时使用。冬季时，太阳能集热器所产生的热水不符合电热蓄水储能装置设定的温度标准，则可由空气源热栗机组将不符合标准的热水加热来满足建筑需求，而在极端环境下，空气源热栗机组工作性能较差时，则由电热蓄水储能装置中的辅助加热器加热电热蓄水储能装置中的水在满足其温度标准的情况下为建筑提供热水。
[0094]如图5所示，本发明还提供一种自适应风气光热能源优化的控制方法，从室温、发电和蓄热三个方面对建筑的热水系统、供暖系统、制冷系统和发电蓄电系统进行调节，该控制方法包括以下步骤:
[0095]对室温的调节，具体包括以下步骤:
[0096]步骤1:采集室内温度TO和室外温度Tl;
[0097]步骤2:判断室内温度TO是否小于15°C ;若TO< 15°C，则执行步骤3;若TO> 15°C，则执行步骤2.1 ；
[0098]步骤2.1:判断室内温度TO是否在15 V和28 °C之间；若15 °C <TO < 28 °C，则执行步骤5 ；若TO > 28 °C，则执行步骤3.1 ；
[0099]步骤3:判断室外温度Tl是否小于15°C ；若Tl < 15°C，则执行步骤4;若11 > 15°C，则执行步骤5 ；
[0100]步骤3.1:判断室外温度Tl是否大于28°C;若Tl>28°C，则执行步骤6;若Tl<28°C，则执行步骤5;
[0101]步骤4:执行供暖操作；
[0102]步骤4.1:判断蓄电池是否有电；若蓄电池有电，则执行步骤4.1.1;若蓄电池无电，则执行步骤4.1.2;
[0103]步骤4.1.1:启动碳纤维供暖系统，开关K6闭合，空气源热栗机组、风力发电机组、光伏发电机组、太阳能集热器、碳纤维供暖系统和蓄电池处于启动状态，太阳能集热器处于备用状态，蓄电池接入市电系统向碳纤维供暖系统供电；
[0104]步骤4.1.2:启动碳纤维供暖系统，开关K6闭合，空气源热栗机组、风力发电机组、光伏发电机组、太阳能集热器、碳纤维供暖系统和蓄电池处于启动状态，太阳能集热器处于备用状态，市电系统向碳纤维系统供电；
[0105]步骤5:执行既不供暖也不制冷操作，制冷系统和碳纤维供暖系统关闭，循环栗K4、阀门D1、D2关闭开关Κ6打开，空气源热栗机组、风力发电机组、光伏发电机组、太阳能集热器和蓄电池设备处于启动状态；
[0106]步骤6:执行制冷操作；
[0107]步骤6.1:判断蓄电池是否有电；若蓄电池有电，则执行步骤6.1.1;若蓄电池无电，则执行步骤6.1.2;
[0108]步骤6.1.1:启动空气源热栗机组，循环栗K3启动、阀门C1、C2打开，空气源热栗机组、风力发电机组、光伏发电机组、太阳能集热器、制冷系统和蓄电池等设备处于启动状态，蓄电池接入市电系统向空气源热栗机组供电；
[0109]步骤6.1.2:启动空气源热栗机组，循环栗K3启动、阀门C1、C2打开，空气源热栗机组、风力发电机组、光伏发电机组、太阳能集热器、制冷系统和蓄电池等设备处于启动状态，市电系统向空气源热栗机组供电；
[0110]对发电系统控制环节的调节，具体包括以下步骤:
[0111]步骤I:采集建筑所处地理位置的天气情况；
[0112]步骤2:判断时间点是白天和晴天还是夜晚阴雨天;若为白天晴天，则执行步骤3;若为夜晚阴雨天，则执行步骤4;
[0113]步骤3:启动光伏发电机组和风力发电机组进行发电；
[0114]步骤4:风力发电机组进行发电；
[0115]步骤5:判断建筑是否需要电负荷;若是，则执行步骤5.1;若否，则执行步骤7;
[0116]步骤5.1:判断建筑的用户类型;若用户为居民住户，则进行步骤6;若用户为企业或工厂，则执行步骤5.2;
[0117]步骤5.2:判断时间点是否为峰时段;若是，则进行步骤6;若否，则进行步骤7;
[0118]步骤6:发电机组所发出的电进行直供，并判断所发出的电是否满足建筑电负荷；若所发出的电有剩余，则进行步骤7;若所发出的电满足不了建筑电负荷，执行步骤8;
[0119]步骤7:发电机组所发出的电进行蓄电；
[0120]步骤8:市电系统接入供给建筑所需要的电负荷；
[0121]蓄热系统控制环节的调节，此环节对电热蓄水储能装置中水的压力和温度同时进行调节，其中对压力的调节具体包括以下步骤:
[0122]步骤1:采集电热蓄水储能装置的压力为PO;
[0123]步骤2:判断电热蓄水储能装置的压力PO是否小于最小压力Pl(设定值，可更改)；若否，则执行步骤5;若是，则执行步骤3;
[0124]步骤3:将电热蓄水储能装置中的补水进水口 47打开；
[0125]步骤4:判断电热蓄水储能装置的压力PO是否大于最大压力P2(设定值，可更改)；若否，则执行步骤3;若是，则执行步骤5;
[0126]步骤5:将电热蓄水储能装置中的补水进水口关闭；
[0127]其中对水温的调节具体包括以下步骤:
[0128]步骤1:采集电热蓄水储能装置的水温温度为T2;
[0129]步骤2:判断电热蓄水储能装置的水温T2是否小于设定值T5(可更改)；若否，则进行步骤3;若是，则进行步骤4;
[0130]步骤3:启动热水系统，循环栗K2启动、阀门B1、B2打开；
[0131]步骤4:设定太阳能集热器的水温为T3，判断太阳能集热器的水温T3是否小于设定值T5;如否，则进行步骤5;若是，则进行步骤6;
[0132]步骤5:启动电热蓄水储能装置、太阳能集热器和热水系统，循环栗Kl启动、阀门Al、A2打开，供给生活热水，循环栗K2启动、阀门B1、B2打开；
[0133]步骤6:设定空气源热栗机组的水温为T4，判断空气源热栗机组的水温T4是否小于设定值T5;若否，则进行步骤7;若是，则进行步骤8;
[0134]步骤7:启动电热蓄水储能装置、空气源热栗机组和热水系统，循环栗K3启动、阀门Cl、C2打开，供给生活热水，循环栗K2启动、阀门B1、B2打开；
[0135]步骤8:判断蓄电池是否有电；若蓄电池有电，则进行步骤10;若蓄电池无电，则进行步骤9 ；
[0136]步骤9:启动电热蓄水储能装置，电热蓄水储能装置接入市电系统，开关K7闭合；
[0137]步骤10:启动电热蓄水储能装置，将电热蓄水储能装置和蓄电池接入市电系统，开关K7闭合。
【主权项】
1.一种自适应风气光热能源优化系统，其特征在于:包括风力发电机组、光伏发电机组、电热蓄水储能装置、太阳能集热器、空气源热栗机组、控制系统、能源受体系统和建筑供电系统，所述能源受体系统包括热水系统、供暖系统、制冷系统，所述建筑供电系统包括蓄电系统和市电系统;所述风力发电机组包括风力机、交流发电机、整流器、控制器一和风力发电逆变器，所述风力机连接交流发电机，所述交流发电机与控制器一之间连接有整流器，所述控制器一与风力发电逆变器和所述蓄电系统相连接，所述风力发电逆变器接入建筑供电系统;所述光伏发电机组包括光伏板、汇流箱、控制器二、光伏逆变器和反流割断器，所述光伏板连接汇流箱，汇流箱与控制器二之间接有反流割断器，所述控制器二与光伏逆变器和蓄电系统相连接，光伏逆变器接入建筑供电系统;所述电热蓄水储能装置包括集热器入水口、集热器出水口、热水入水口、热水出水口、空气源热栗入水口、空气源热栗出水口、辅助加热器、压力采集器和温度采集器一，电热蓄水储能装置分别与太阳能集热器、热水系统和空气源热栗机组相连接，所述太阳能集热器的出水口与集热器入水口之间接有阀门一，太阳能集热器的入水口与集热器出水口之间接有循环栗一和阀门二，所述热水系统的出水口与热水入水口之间接有循环栗二和阀门三，所述热水系统的入水口与热水出水口之间接有阀门四，所述空气源热栗机组的出水口与空气源热栗入水口之间接有循环栗三和阀门五，所述空气源热栗机组的入水口与空气源热栗出水口之间接有阀门六，电热蓄水储能装置接入建筑供电系统;所述太阳能集热器上设有温度采集器二;所述空气源热栗机组还与制冷系统连接，空气源热栗机组的出水口与制冷系统的入水口之间接有循环栗四和阀门七，空气源热栗机组的入水口与制冷系统的出水口之间接有阀门八，空气源热栗机组接入建筑供电系统;所述电热蓄水储能装置、太阳能集热器、空气源热栗机组、能源受体系统和建筑供电系统均由控制系统控制;所述供暖系统接入建筑供电系统。2.如权利要求1所述的一种自适应风气光热能源优化系统，其特征在于:所述光伏发电机组还包括透明隔热层，光伏板为透明光伏板，透明光伏板固定在透明隔热层上，且太阳能集热器设置在透明隔热层下方。3.如权利要求1所述的一种自适应风气光热能源优化系统，其特征在于:所述光伏发电机组和太阳能集热器可设置若干个。4.如权利要求1所述的一种自适应风气光热能源优化系统，其特征在于:所述电热蓄水储能装置还包括补水进水口、溢出水口和泄水口。5.如权利要求1所述的一种自适应风气光热能源优化系统，其特征在于:所述蓄电系统为蓄电池。6.如权利要求1所述的一种自适应风气光热能源优化系统，其特征在于:所述供暖系统采用碳纤维供暖系统，碳纤维供暖系统内安装有温控器。7.如权利要求1所述的一种自适应风气光热能源优化系统，其特征在于:所述风力发电逆变器和光伏逆变器与建筑供电系统之间接有电能表和有双向表。8.如权利要求1-7所述的一种自适应风气光热能源优化系统，对其控制方法包括对室温、发电和蓄热三个方面的调节: 对室温调节，具体包括以下步骤: 步骤1:采集室内温度TO和室外温度TI ； 步骤2:判断室内温度TO是否小于15 °C ;若是，则执行步骤3;若否，则执行步骤2.1; 步骤2.1:判断室内温度TO是否在15 0C和28 °C之间；若15 °C < TO < 28 °C，则执行步骤5 ；若TO > 28 °C，则执行步骤3.1 ； 步骤3:判断室外温度Tl是否小于15°C ;若是，则执行步骤4;若否，则执行步骤5; 步骤3.1:判断室外温度Tl是否大于28°C ;若是，则执行步骤6;若否，则执行步骤5; 步骤4:执行供暖操作； 步骤4.1:判断蓄电池是否有电；若蓄电池有电，则执行步骤4.1.1;若蓄电池无电，则执行步骤4.1.2; 步骤4.1.1:启动碳纤维供暖系统，空气源热栗机组、风力发电机组、光伏发电机组、太阳能集热器、碳纤维供暖系统和蓄电池处于启动状态，太阳能集热器处于备用状态，蓄电池接入市电系统向碳纤维供暖系统供电； 步骤4.1.2:启动碳纤维供暖系统，蓄电池接入市电系统，空气源热栗机组、风力发电机组、光伏发电机组、太阳能集热器、碳纤维供暖系统和蓄电池处于启动状态，太阳能集热器处于备用状态，市电系统向碳纤维供暖系统供电； 步骤5:执行既不供暖也不制冷操作，制冷系统和碳纤维供暖系统关闭，循环栗K4、阀门D1、D2关闭开关K6打开，空气源热栗机组、风力发电机组、光伏发电机组、太阳能集热器和蓄电池设备处于启动状态； 步骤6:执行制冷操作； 步骤6.1:判断蓄电池是否有电；若蓄电池有电，则执行步骤6.1.1;若蓄电池无电，则执行步骤6.1.2； 步骤6.1.1:启动空气源热栗机组，循环栗K3启动、阀门Cl、C2打开，空气源热栗机组、风力发电机组、光伏发电机组、太阳能集热器、制冷系统和蓄电池处于启动状态，蓄电池接入市电系统向空气源热栗机组供电； 步骤6.1.2:启动空气源热栗机组，循环栗K3启动、阀门Cl、C2打开，空气源热栗机组、风力发电机组、光伏发电机组、太阳能集热器、制冷系统和蓄电池处于启动状态，市电系统向空气源热栗机组供电； 对发电的调节，具体包括以下步骤: 步骤1:采集建筑所处地理位置的天气情况； 步骤2:判断时间点是白天和晴天还是夜晚阴雨天;若为白天晴天，则执行步骤3;若为夜晚阴雨天，则执行步骤4; 步骤3:启动光伏发电机组和风力发电机组进行发电； 步骤4:风力发电机组进行发电； 步骤5:判断建筑是否需要电负荷;若是，则执行步骤5.1;若否，则执行步骤7; 步骤5.1:判断建筑的用户类型；若用户为居民住户，则进行步骤6;若用户为企业或工厂，则执行步骤5.2; 步骤5.2:判断时间点是否为峰时段;若是，则进行步骤6;若否，则进行步骤7; 步骤6:发电机组所发出的电进行直供，并判断所发出的电是否满足建筑电负荷;若所发出的电有剩余，则进行步骤7;若所发出的电满足不了建筑电负荷，执行步骤8; 步骤7:发电机组所发出的电进行蓄电； 步骤8:市电系统接入，供给建筑所需要的电负荷； 对蓄热的调节，此环节对电热蓄水储能装置中水的压力和温度同时进行调节，其中对压力的调节具体包括以下步骤: 步骤1:采集电热蓄水储能装置的压力为PO; 步骤2:判断电热蓄水储能装置的压力PO是否小于最小压力Pl(设定值，可更改)；若否，则执行步骤5;若是，则执行步骤3; 步骤3:将电热蓄水储能装置中的补水进水口打开； 步骤4:判断电热蓄水储能装置的压力PO是否大于最大压力P2(设定值，可更改)；若否，则执行步骤3;若是，则执行步骤5; 步骤5:将电热蓄水储能装置中的补水进水口关闭； 其中对水温的调节具体包括以下步骤: 步骤1:采集电热蓄水储能装置的水温温度为T2; 步骤2:判断电热蓄水储能装置的水温T2是否小于设定值T5(可更改)；若否，则进行步骤3;若是，则进行步骤4; 步骤3:启动热水系统； 步骤4:设定太阳能集热器的水温为Τ3，判断太阳能集热器的水温Τ3是否小于设定值Τ5;如否，则进行步骤5;若是，则进行步骤6; 步骤5:启动电热蓄水储能装置、太阳能集热器和热水系统； 步骤6:设定空气源热栗机组的水温为Τ4，判断空气源热栗机组的水温Τ4是否小于设定值Τ5;若否，则进行步骤7;若是，则进行步骤8; 步骤7:启动电热蓄水储能装置、空气源热栗机组和热水系统； 步骤8:判断蓄电池是否有电；若蓄电池有电，则进行步骤10;若蓄电池无电，则进行步骤9; 步骤9:启动电热蓄水储能装置，电热蓄水储能装置接入市电系统； 步骤10:启动电热蓄水储能装置，将电热蓄水储能装置和蓄电池接入市电系统。
【文档编号】F24H4/02GK105914863SQ201610246983
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】杨东升, 张化光, 付国庆, 王迎春, 会国涛, 梁雪, 杨珺, 孔亮
【申请人】东北大学