一种结合真空管和平板太阳能集热器的热电联供系统的制作方法

本发明涉及能源利用技术领域，特别是涉及一种结合真空管和平板太阳能集热器的热电联供系统。

背景技术：

目前，能源消费主要依靠煤、石油、天然气这类化石能源。然而，一方面，化石能源不可再生，另一方面，燃烧化石能源会造成一系列的生态环境问题，如全球变暖、大气污染、酸雨等。同时，随着社会经济的发展，我国对能源需求量也逐年增加，据统计2017年我国总能源消耗量达到了44.9亿吨标准煤，能源消费总量居世界首位；在这之中，有很大一部分来源于建筑能耗，据估算，目前我国建筑能耗已达到总能源消耗量的五分之一左右，并且这一比例任然在逐年上涨，如何有效利用可再生能源为建筑供能，减少化石能源的使用，已成为一个亟待解决的问题。

太阳能作为一种清洁能源，不仅无污染，同时储量极其丰富，据估计，太阳辐射到地球表面的太阳能总功率约为1.1x10¹⁴kw，即便光-电转换效率仅按万分之一考虑，这部分能量也相当于全世界总发电容量的近4倍之多，从这个意义上说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。如果能够合理有效利用太阳能，不仅能够解决我国能源消费的问题，同时也能大大改善日益严重的环境危机。

太阳能集热器作为收集利用太阳能的有效方式，有着诸多优点。目前市场上主要有真空管集热器和平板集热器两种，两者有着各自的特点；对于真空管集热器而言，其热效率可达93.5％，比平板太阳能高50-80％，系统热效率可达46％，甚至某些品牌可达75％，另外其使用寿命能够长达20年，并且具有良好的保温、抗冻以及防风性能，但其造价较高；对于平板集热器而言，其集热效率较低，一般不超过54％，使用寿命往往也只有5-8年，并且其保温、抗冻以及防风性能也较差，但造价较低。目前基于太阳能的热电联供系统，往往不能其保证太阳能集热系统在拥有高效率的同时，实现低成本的目标，因此研究新的太阳能集热系统就具有重要意义。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种结合真空管和平板太阳能集热器的热电联供系统，能够提高能量利用率以及经济性。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种结合真空管和平板太阳能集热器的热电联供系统，包括真空管太阳能集热器(1)、高温级热流体罐(2)、蒸发器(3)、低温级热流体罐(4)、换热器(5)、冷流体罐(6)、第一循环泵(7)、平板太阳能集热器(8)、第二循环泵(9)、透平(10)、冷凝器(11)和工质泵(12)；所述真空管太阳能集热器(1)的出口与高温级热流体罐(2)的进口、高温级热流体罐(2)的出口与蒸发器(3)的热流体进口、蒸发器(3)的热流体出口与冷流体罐(6)的进口及低温级热流体罐(4)的进口、低温级热流体罐(4)的出口与换热器(5)的热流体进口、换热器(5)的热流体出口与冷流体罐(6)的进口、冷流体罐(6)的出口与第二循环泵(9)的进口、第二循环泵(9)的出口与真空管太阳能集热器(1)的进口通过管道相连接，以构成真空管太阳能集热管路；所述平板太阳能集热器(8)的热流体出口与低温级热流体罐(4)的进口、低温级热流体罐(4)的出口与换热器(5)的热流体进口、换热器(5)的热流体出口与冷流体罐(6)的进口、冷流体罐(6)的出口与第一循环泵(7)的进口、第一循环泵(7)的出口与平板太阳能集热器(8)的进口通过管道相连接，以构成平板太阳能集热管路；所述蒸发器(3)的热流体出口与透平(10)的进口、透平(10)的出口与冷凝器(11)的热流体进口、冷凝器(11)的热流体出口与工质泵(12)的进口、工质泵(12)的出口与蒸发器(3)的冷流体进口通过管道相连接，以构成有机朗肯循环管路；所述换热器(5)的冷流体进口作为进水口，换热器(5)的热流体出口作为出水口提供热水，以构成生活热水管路。

优选的，所述有机朗肯循环管路中的工质采用二氧化碳或者甲苯、r152a、r142b、r22、r123、r134a、r245fa、丙烷、r143a、r32、r23、戊烷、异戊烷、正戊烷、正己烷、丁烷和异丁烷中的一种或者多种的混合物。

优选的，所述真空管太阳能集热管路和平板太阳能集热管路中的工质采用导热油。

优选的，所述有机朗肯循环管路在注入工质之前，对管道进行氮气吹扫和抽真空处理。

区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：

(1)不同于传统的太阳能集热系统，本发明综合考虑真空管集热器效率高、造价高，平板集热器效率较低、成本较低的特点，将真空管太阳能集热系统与平板太阳能集热系统合理搭配，实现了资源的合理配置，降低了系统成本。

(2)本发明实现了能量的梯级利用，对于高品位热能采用有机朗肯循环进行利用，而低品位的热能则采用生活热水系统进行回收利用，为建筑物提供电力与生活热水，最大限度实现对余热的梯级高效利用，实现节能减排。

(3)本发明设置热流体罐，对导热油进行储存，能够在太阳能不能满足要求时，向系统输出能量，保证了系统运行的稳定性；同时单独设置平板太阳能集热系统为生活热水系统提供热源，保障了生活热水的品质。

附图说明

图1是本发明实施例的结合真空管和平板太阳能集热器的热电联供系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，本发明实施例的结合真空管和平板太阳能集热器的热电联供系统包括真空管太阳能集热器1、高温级热流体罐2、蒸发器3、低温级热流体罐4、换热器5、冷流体罐6、第一循环泵7、平板太阳能集热器8、第二循环泵9、透平10、冷凝器11和工质泵12。

真空管太阳能集热器1的出口与高温级热流体罐2的进口、高温级热流体罐2的出口与蒸发器3的热流体进口、蒸发器3的热流体出口与冷流体罐6的进口及低温级热流体罐4的进口、低温级热流体罐4的出口与换热器5的热流体进口、换热器5的热流体出口与冷流体罐6的进口、冷流体罐6的出口与第二循环泵9的进口、第二循环泵9的出口与真空管太阳能集热器1的进口通过管道相连接，以构成真空管太阳能集热管路。

平板太阳能集热器8的热流体出口与低温级热流体罐4的进口、低温级热流体罐4的出口与换热器5的热流体进口、换热器5的热流体出口与冷流体罐6的进口、冷流体罐6的出口与第一循环泵7的进口、第一循环泵7的出口与平板太阳能集热器8的进口通过管道相连接，以构成平板太阳能集热管路。

蒸发器3的热流体出口与透平10的进口、透平10的出口与冷凝器11的热流体进口、冷凝器11的热流体出口与工质泵12的进口、工质泵12的出口与蒸发器3的冷流体进口通过管道相连接，以构成有机朗肯循环管路。

换热器5的冷流体进口作为进水口，换热器5的热流体出口作为出水口提供热水，以构成生活热水管路。

本发明的工作原理是：

真空管太阳能集热管路：低温导热油从真空管太阳能集热器1的进口进入，在真空管太阳能集热器1中吸收热量后，从真空管太阳能集热器1的出口流出，接着进入高温级热流体罐2中，将一部分高温导热油存储在高温级热流体罐2中，然后从高温级热流体罐2流出的高温导热油经蒸发器3的热流体进口进入蒸发器3，在蒸发器3中将一部分热量传递给工质，使工质蒸发气化，接着完成换热后的导热油温度降低，其中部分导热油温度过低而不再具有利用价值，这一部分导热油从蒸发器3出来后直接经旁通管流入冷流体罐6，另一部分导热油从蒸发器3的热流体出口出来后进入低温级热流体罐4内，在低温级热流体罐4中与用平板太阳能集热器8加热的低温导热油混合，混合后的导热油进入换热器5，在换热器5内与生活热水管路进行换热，完成换热后的工质冷凝成过冷液体，从换热器5的热流体出口出来，进入冷流体罐6，然后进入第二循环泵9的进口，在第二循环泵9中经加压后重新进入真空管太阳能集热器1进行加热，完成一个循环。

平板太阳能集热管路：低温导热油从平板太阳能集热器8的进口进入，在平板太阳能集热器8中吸收热量后从平板太阳能集热器8的出口流出，然后进入低温级热流体罐4，在低温级热流体罐4内与来自蒸发器3的低温导热油混合，接着经换热器5的热流体进口进入换热器5，在换热器5中将热量传递给生活热水管路，完成换热后的工质冷凝成过冷液体，然后从换热器5的热流体出口出来，进入冷流体罐6，接着从冷流体罐6的出口流出，由第一循环泵7的进口进入第一循环泵7，在第一循环泵7中经加压后重新进入平板太阳能集热器8进行加热，完成一个循环。

有机朗肯循环管路：工质从蒸发器3的冷流体进口进入，在蒸发器3中吸收高温导热油携带的热量后，蒸发气化，然后从蒸发器3的热流体出口流出，进入透平10，在透平10内膨胀做功，做功后的乏气从透平10的出口出来，从冷凝器11的热流体进口进入，然后在冷凝器11中将热量传递给冷却水，冷凝成过冷液体，接着从冷凝器11的热流体出口流出，进入工质泵12，在工质泵12内经加压后重新进入蒸发器3中吸收热量，完成一个循环。

生活热水管路：冷水从换热器5的冷流体进口进入，吸收热量加热后从换热器5的热流体出口流出。

在本实施例中，有机朗肯循环管路中的工质采用二氧化碳或者甲苯、r152a、r142b、r22、r123、r134a、r245fa、丙烷、r143a、r32、r23、戊烷、异戊烷、正戊烷、正己烷、丁烷和异丁烷中的一种或者多种的混合物。也就是说，工质为二氧化碳，或者为甲苯、r152a、r142b、r22、r123、r134a、r245fa、丙烷、r143a、r32、r23、戊烷、异戊烷、正戊烷、正己烷、丁烷和异丁烷中的一种，或者为二氧化碳或者甲苯、r152a、r142b、r22、r123、r134a、r245fa、丙烷、r143a、r32、r23、戊烷、异戊烷、正戊烷、正己烷、丁烷和异丁烷中的多种的混合物。

真空管太阳能集热管路和平板太阳能集热管路中的工质采用导热油。

为了提高可靠性，有机朗肯循环管路在注入工质之前，对管道进行氮气吹扫和抽真空处理。。

通过上述方式，本发明实施例的结合真空管和平板太阳能集热器的热电联供系统将平板太阳能集热器与真空管太阳能集热器相结合，利用真空管集热器加热的高温导热油作为热源使工质蒸发气化，推动汽轮机发电；用平板型集热器加热的低温导热油以及从有机朗肯循环的蒸发器热流体出口出来的导热油加热生活热水，从而能够提高能量利用率以及系统的经济性，实现热能梯级利用。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。