直膨式热泵加光伏发电耦合利用采暖系统的制作方法

本发明涉及一种光伏发电及光热采暖系统，特别是一种直膨式热泵加光伏发电耦合利用采暖系统。

背景技术：

我国处于能源利用大国，可再生能源、清洁能源和替代能源急需开发和应用。太阳能光伏作为一种清洁绿色能源，其环保性、持续性、丰富性等优点受到人们的青睐。现有技术中有光伏发电的利用与直膨式热泵技术有机结合在一起的应用系统，如cn105716329b公开的一种直膨式太阳能热泵系统，其由太阳能集热/蓄热/蒸发器，两个三通阀门，气液分离器，四通换向阀，压缩机，冷凝换热器，四个单向阀门，电子膨胀阀，储液器，干燥过滤器，储热水箱以及辅助蒸发器组成；该直膨式热泵+太阳能发电技术在传统的空气源热泵技术上大幅提高了制热cop值，降低了环境因素对其的影响，实现了热水的集中收集和太阳能的高效利用，环保节能。

目前，冬季农村及无暖气环境下的供暖主要是采用传统的散煤燃烧、炉体和烟筒散热的方式，采暖期安全事故、环境污染问题突出。为此，在现有技术对太阳能光伏的开发与应用基础上，针对住宅供暖供电采用的光伏光热空气能利用系统，研发出一种直膨式热泵加光伏发电供热系统。

技术实现要素：

本发明的目的旨在提供一种直膨式热泵加光伏发电耦合利用采暖系统，将直膨式太阳能热泵采暖系统与太阳能光伏发电系统进行耦合利用，实现住宅供暖供电达到目标值的同时，提高直膨式太阳能热泵采暖系统中太阳能的贡献率，使系统最终实现零费用运行。

为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种直膨式热泵加光伏发电耦合利用采暖系统，主要由直膨式太阳能热泵采暖系统与太阳能光伏发电系统组成，其中：

直膨式太阳能热泵采暖系统由太阳能集热蒸发器、压缩机、冷凝器、缓冲水箱、热力膨胀阀、空气源热泵构成；所述太阳能集热蒸发器、压缩机与空气源热泵通过蒸汽管道并联连接，热力膨胀阀安装于压缩机与空气源热泵的蒸汽管道之间，冷凝器的进口与压缩机的排气口连接，经压缩机压缩后的蒸汽通过冷凝器换热进行加热；所述缓冲水箱的一端通过集水管道与所述空气源热泵的输出端相连接，另一端通过集水管道分别连接膨胀罐和集分水器，所述集分水器通过管道与风机盘管连接，用于为住宅提供空调供暖；

太阳能光伏发电系统由太阳能光伏组件阵列、并网逆变器、智能配电箱、用户侧配电箱以及充电终端设备的充电桩构成；所述太阳能光伏组件阵列与并网逆变器的一端连接，并网逆变器的另一端分别连接智能配电箱和所述直膨式太阳能热泵采暖系统的空气源热泵；所述智能配电箱与用户侧配电箱一端连接，用户侧配电箱的另一端分别与市电网和充电终端设备的充电桩相连，用于为新能源电动汽车或电动摩托车等供电。

进一步地，上述直膨式热泵加光伏发电耦合利用采暖系统还设有智能控制系统，所述智能控制系统包括太阳能集热蒸发器控制模块、空气源热泵控制模块和室内控制模块，其分别与系统中所述的太阳能集热蒸发器、空气源热泵及市电网相连通；其中，所述太阳能集热蒸发器控制模块和空气源热泵控制模块用于自动监控所述太阳能集热蒸发器内循环介质的温度，并通过电磁阀自动控制所述太阳能集热蒸发器中制冷剂管路的开启或关闭，同时不断调整控制所述压缩机的进气量；所述室内控制模块用于控制所述太阳能光伏发电系统为所述空气源热泵进行供电。

进一步地，上述缓冲水箱底端通有自来水补水管道，为缓冲水箱供水。

进一步地，上述太阳能光伏组件阵列由若干个270w的多晶组件组成，其直流侧功率为5.4w。

本发明的有益效果在于：

本发明采用直膨式太阳能热泵采暖系统与太阳能光伏发电的耦合利用技术，实现了为示范建筑住宅采暖期每天08:00-18:00时段提供空调供暖，达到了室内温度不低于18℃、年度供暖期不低于150天的设计目标，且直膨式热泵+光伏发电耦合利用采暖系统，作为太阳能供暖其贡献率不低于65％，系统后期实现了零费用运行。

附图说明：

图1是本发明直膨式热泵加光伏发电耦合利用采暖系统的结构示意图；

图2是本发明中太阳能光伏发电系统的原理示意图；

图中：1-太阳能集热蒸发器，2-压缩机，3-缓冲水箱，4-热力膨胀阀，5-空气源热泵，6-蒸汽管道，7-集水管道，8-膨胀罐，9-集分水器，10-风机盘管，11-太阳能光伏组件阵列，12-并网逆变器，13-智能配电箱，14-用户侧配电箱，15-充电终端设备的充电桩，16-市电网，17-自来水补水管道。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1～2所示，一种直膨式热泵加光伏发电耦合利用采暖系统，主要由直膨式太阳能热泵采暖系统与太阳能光伏发电系统组成，其中：

直膨式太阳能热泵采暖系统由太阳能集热蒸发器1、压缩机2、冷凝器、缓冲水箱3、热力膨胀阀4、空气源热泵5构成；太阳能集热蒸发器1、压缩机2与空气源热泵5通过蒸汽管道6并联连接，热力膨胀阀4安装于压缩机2与空气源热泵5的蒸汽管道6之间，冷凝器的进口与压缩机2的排气口连接，经压缩机2压缩后的蒸汽通过冷凝器换热进行加热；缓冲水箱3的一端通过集水管道7与空气源热泵5的输出端相连接，另一端通过集水管道7分别连接膨胀罐8和集分水器9，集分水器9通过管道与风机盘管10连接，用于为住宅提供空调供暖；缓冲水箱3底端通有自来水补水管道17，为缓冲水箱供水。

太阳能光伏发电系统由太阳能光伏组件阵列11、并网逆变器12、智能配电箱13、用户侧配电箱14以及充电终端设备的充电桩15构成；太阳能光伏组件阵列11与并网逆变器12的一端连接，并网逆变器12的另一端分别连接智能配电箱13和直膨式太阳能热泵采暖系统的空气源热泵5；智能配电箱13与用户侧配电箱14一端连接，用户侧配电箱14的另一端分别与市电网16和充电终端设备的充电桩15相连，用于为新能源电动汽车或电动摩托车等供电。

太阳能光伏组件阵列11由若干个270w的多晶组件组成，其直流侧功率为5.4w。

本发明直膨式热泵加光伏发电耦合利用采暖系统还设有智能控制系统，智能控制系统包括太阳能集热蒸发器控制模块、空气源热泵控制模块和室内控制模块，其分别与系统中的太阳能集热蒸发器1、空气源热泵5及市电网16相连通；其中，太阳能集热蒸发器控制模块和空气源热泵控制模块用于自动监控太阳能集热蒸发器1内循环介质的温度，并通过电磁阀自动控制太阳能集热蒸发器1中制冷剂管路的开启或关闭，同时不断调整控制压缩机的进气量；室内控制模块用于控制太阳能光伏发电系统为空气源热泵5进行供电。

本发明直膨式热泵加光伏发电耦合利用采暖系统的运行原理：

(1)通过太阳能光伏发电系统中的太阳能光伏组件阵列11为系统提供太阳辐射能，流经太阳能集热蒸发器1的制冷剂吸收太阳辐射能后迅速气化，经过压缩机2压缩后变成高温高压的蒸汽，高温高压的蒸汽通过空气源热泵5，最后经冷凝器换热将水温加热至60℃经集分水器9流入采暖末端的风机盘管10，通过风机盘管10为示范建筑住宅提供空调供暖。

(2)当太阳辐射能无法为系统循环提供足够的热量时，空气源热泵5从空气中收集热量或辅助加热设备临时启动，以提供补充热源。

(3)系统通过智能控制系统采用智能控制模式，自动监控太阳能集热蒸发器1内循环介质的温度，并通过电磁阀自动控制太阳能集热蒸发器1内每块制冷剂管路的开启或关闭，不断调整控制压缩机2的进气量，以保证主机始终安全稳定运行。

(4)系统中的太阳能光伏发电系统主要通过太阳能光伏组件阵列11收集的太阳辐射能，由并网逆变器12转换为直流电和连接220v的市电，为空气源热泵5供电，同时并联连接智能配电箱13，智能配电箱13连接用户侧配电箱14，充电终端设备的充电桩15与用户侧配电箱14连接，为新能源电动汽车或电动摩托车等供电。

实际应用本发明的直膨式热泵加光伏发电耦合利用采暖系统，依据cjj34-2010《城镇供热管网设计规范》中3.1热负荷要求西北住宅采暖热指标推荐值为58～64w/㎡，依据设计要求配置100平米的房屋配置5p的直膨式热泵，制热量为8.5kw，额定制热量18.2kw，额定制热cop4.5，低温名义制热量9.1kw，低温名义制热cop2.3，100㎡房屋平均每平米热量值为91～182w，完全满足热负荷指标中的58～64w。因此，本发明的系统实现了为建筑住宅采暖期每天08:00-18:00时段提供空调供暖，达到了室内温度不低于18℃、年度供暖期不低于150天的设计目标，且作为太阳能供暖其贡献率不低于65％，系统后期完全能够实现零费用运行。