一种多能互补零碳供热系统的制作方法

1.本发明属于供热技术领域，涉及太阳能，尤其涉及一种多能互补零碳供热系统。


背景技术：

2.太阳能是指太阳的热辐射能，主要表现就是常说的太阳光线。在现代一般用作发电或者为热水器提供能源。在不可再生能源如化石燃料日趋减少的情况下，太阳能作为可再生的清洁能源已成为人类使用能源的重要组成部分,而且可作为其它能源供应系统补充能源，共同为人类服务。零碳供热是指供热系统在供热阶段不产生碳消耗，如光热-光伏发电-空气源热泵三合一供热系统，所消耗的能源就都是可再生能源。光热-光伏发电-空气源热泵三合一供热系统的一级循环水在循环泵的驱动下经过太阳能光热系统实现一次加热，一级循环水与二级循环水在换热器处实现换热，二级循环水在循环泵的驱动下在采暖设备处完成供热。空气源热泵系统以空气为介质对二级循环水进行辅助加热。
3.现有专利cn201410841863.1公开了一种建筑光伏一体化系统设备，特别是采用分布式光伏发电技术、热泵技术、太阳能光热技术、太阳能光伏发电并网技术取代传统热水供应和空调工艺设备，作为电力供应辅助设备的一种建筑光伏一体化系统，属于建筑节能设备领域。该设备采用太阳能光伏作为工作动力源，通过发电装置发电供给三合一一体化热泵，三合一一体化热泵给建筑物中空调设备不间断供应空调介质冷热水，三合一一体化热泵和太阳能集热系统联合工作给建筑物中洗浴设备不间断供应热水；光伏发电装置能给建筑物供应生活电源，给三合一一体化热泵、空调设备供应动力电源。不过，该装置同其它利用太阳能集热+光伏发电技术的设备或系统一样，其虽然在能量利用方面是互补的，但是由于在空间上相对独立，所以需要占用了较大的空间，尤其是太阳能集热设备和光伏发电设备通常都会布置n组单元，所以整套设备或系统的空间成本就比较高；再者，大多数太阳能集热系统的真空集热管都是以水平方式姿态快速插在集热器水路上的，尤其是与真空集热管连通的水路基本上是由低到高渐进到储热水仓中的，所以如果单独拆换真空集热管的话必须保证在水路上位于该真空集热管之后的部分没有水或者增加一些堵头，增加了拆换真空集热管的工作量；其次，真空集热管上的落灰需要定期人工清理，清理工作量较大，而且清理不及时的话会影响集热能力。


技术实现要素：

4.本发明针对在光热-光伏发电-热泵三合一设备与系统中所存在的技术问题，提出一种设计合理、空间利用率较高、便于维护且有利于降低成本的一种多能互补零碳供热系统。
5.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供的一种多能互补零碳供热系统，包括储水罐，所述储水罐上设置有控制器，所述控制器的控制端设置有光伏发电系统，所述光伏发电系统的电能输出端设置有太阳能集热系统和空气源热泵系统，所述太阳能集热系统和空气源热泵系统分别通过一级循环水管道和二级循环水管道与储水罐连
接，所述二级循环水管道的供热端设置有采暖设备，所述光伏发电系统包括光伏板、光电转换器、逆变器和储能电池，所述太阳能集热系统和光伏发电系统包括多个联合式总装，所述联合式总装包括总装基座，所述总装基座为两级圆台形结构且包括上安装部和下安装部，所述上安装部的侧面设置有多个平行于其母线方向且呈放射状分布的真空集热管，所述总装基座的内部设置有与设置在真空集热管端部的加热头配合的储热水仓，所述储热水仓与一级循环水管道连通，所述光伏板包括若干上光伏片和若干下光伏片，若干所述上光伏片呈放射状安装在上安装部的顶面，若干所述下光伏片呈放射状安装在下安装部的侧面并平行于下安装部的母线方向，所述总装基座的内部设置有风力除尘系统，所述风力除尘系统的供电端与光伏发电系统电性连接，所述风力除尘系统的除尘端设置有多个与真空集热管一一对应的除尘口组。
6.作为优选，所述总装基座的内部为空心结构且包括圆台孔部，所述圆台孔部的底部设置有与其连通的缩口部。
7.作为优选，所述总装基座的内部中心设置有支撑组件，所述支撑组件包括支撑杆，所述支撑杆上设置有与其螺纹连接的上t型法兰和下t型法兰，所述上t型法兰与上光伏片支撑配合，所述下t型法兰与圆台孔部支撑配合且通过法兰螺栓连接。
8.作为优选，所述下安装部上设置有围绕其侧面一周分布的框架口，所述框架口的外侧设置有用来限制下光伏片的框架条。
9.作为优选，所述上安装部的顶面为倒锥面，若干所述上光伏片的受光面呈倒锥形。
10.作为优选，所述风力除尘系统包括风机，所述风机的一侧设置有与总装基座的内壁连接的安装板，所述风机的输出风朝除尘口组方向流动，所述除尘口组包括长条形的送风板，所述送风板与集热器的轴心平行，所述送风板上设置有多个沿其长度方向分布的出风孔，所述出风孔处设置有过滤网。
11.作为优选，所述总装基座的内壁和外壁分别设置有内裙板和外裙板，所述内裙板和外裙板上分别设置有内支撑口和外支撑口。
12.作为优选，所述上安装部的顶部设置有与下安装部的顶部相对的外沿板，所述外沿板的底面设置有环形的安装圈，所述安装圈上设置有用来与真空集热管的一端密封配合的顶孔。
13.作为优选，所述下安装部的侧面设置有两个关于总装基座的轴心对称分布的连接管口，两个所述连接管口处设置有方向相反的连接弯管，相邻总装基座上的连接弯管通过过渡管首尾依次连接。
14.作为优选，所述真空集热管包括真空管，所述真空管的管壁上设置有光热涂层，所述真空管的中心设置有导热油管，所述加热头设置在导热油管的底端且伸入储热水仓中，所述真空管的顶端和底端分别设置有上密封塞组和下密封塞组。
15.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
16.1、本发明提供的一种多能互补零碳供热系统，利用联合式总装巧妙地对光伏发电系统的光伏板和太阳能集热系统的真空集热管进行集成，不仅可以保证相应的光伏发电功能和太阳能集热功能，还大大节约了整个系统的空间，有效降低了空间成本。
17.2、本发明提供的一种多能互补零碳供热系统，其太阳能集热系统的真空集热管以倾斜方式插在集热水路上，可方便在线拆装，有利于节约水源并减小拆装工作量；同时，储
热水仓集成在联合式总装上，降低了水位循环的实际高度，有利于促进一级循环水的高效流通。
18.3、本发明提供的一种多能互补零碳供热系统，通过在联合式总装中集成风力除尘系统可以对真空集热管上的落灰进行自动清理，有利于降低工人的清理工作量，有利于保证太阳能集热系统对一级循环水的加热性能。
19.4、本发明提供的一种多能互补零碳供热系统，联合式总装上的上光伏片和下光伏片同时受光，而且分布角度比较全面，能够提高本装置的全天候采光效果，有利于提高本装置的光伏发电能力。
20.本装置设计合理、结构简单、空间利用率较高、便于维护且有利于降低成本，适合大规模推广。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为实施例提供的一种多能互补零碳供热系统在e-e向的剖视图；
23.图2为实施例提供的一种多能互补零碳供热系统的供热工作图；
24.图3为实施例提供的一种多能互补零碳供热系统的供电工作图；
25.图4为实施例提供的多个联合式总装的连接示意图；
26.图5为实施例提供的联合式总装的内部轴测图；
27.图6为实施例提供的联合式总装的内部主视图；
28.图7为联合式总装、光伏发电系统和太阳能集热系统的轴测图；
29.图8为图1中a结构的放大示意图；
30.图9为图1中b结构的放大示意图；
31.以上各图中：
32.1、储水罐；2、光伏发电系统；21、光伏板；211、上光伏片；212、下光伏片；22、光电转换器；23、逆变器；24、储能电池；3、太阳能集热系统；31、真空集热管；311、真空管；312、导热油管；313、上密封塞组；314、下密封塞组；315、加热头；4、空气源热泵系统；5、一级循环水管道；6、二级循环水管道；7、采暖设备；
33.8、联合式总装；81、总装基座；81a、上安装部；81b、下安装部；82、储热水仓；83、水管口；84、圆台孔部；85、缩口部；86、支撑组件；861、支撑杆；862、上t型法兰；863、下t型法兰；87、框架口；88、框架条；89、内裙板；89a、内支撑口；810、外裙板；810a、外支撑口；811、外沿板；812、安装圈；813、连接弯管；814、过渡管；
34.9、风力除尘系统；91、除尘口组；911、送风板；912、出风孔；92、风机；93、安装板。
具体实施方式
35.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的
特征可以相互组合。为叙述方便，下文如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
36.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
37.实施例，如图1—9所示，本发明提供的一种多能互补零碳供热系统，包括储水罐1，所述储水罐1上设置有控制器，控制器的控制端设置有光伏发电系统2，光伏发电系统2的电能输出端设置有太阳能集热系统3和空气源热泵系统4，太阳能集热系统3和空气源热泵系统4分别通过一级循环水管道5和二级循环水管道6与储水罐1连接，二级循环水管道6的供热端设置有采暖设备7，光伏发电系统2包括光伏板21、光电转换器22、逆变器23和储能电池24。其中，控制器可以控制一级循环水管道5和二级循环水管道6上的循环泵，而且控制光伏发电系统2对太阳能集热系统3和空气源热泵系统4进行供电。一级循环水管道5上设置有膨胀罐、安全阀、泄水阀和循环泵；二级循环水管道6上设置有泄水阀、定压联通管和其它阀门等。储水罐1上设置有定压补水装置、排气阀、压力传感器、泄水电磁阀和各路管口，而且其内部设置有与一级循环水管道配合的板式换热器。一级循环水在循环泵的驱动下经过太阳能集热系统3，而且可以被太阳能集热系统3加热至60℃左右，一级循环水与二级循环水在板式换热器处实现换热并且被加热至50℃左右，二级循环水在循环泵的驱动下在采暖设备处完成供热。空气源热泵系统4以空气为介质对低于45℃的二级循环水进行辅助加热，尤其是在冬季。令二级循环水的水温能够保持在50℃左右。因此，这样本供热系统所消耗的能源就都是可再生能源，没有碳的消耗，即零碳供热。
38.在此基础上，本发明重点对太阳能集热系统3和光伏发电系统2进行集成设计，具体地，太阳能集热系统3和光伏发电系统2包括多个联合式总装8，联合式总装8包括总装基座81，总装基座81为两级圆台形结构且包括上安装部81a和下安装部81b，上安装部81a的侧面设置有多个平行于其母线方向且呈放射状分布的真空集热管31，总装基座81的内部设置有与设置在真空集热管31端部的加热头315配合的储热水仓82，储热水仓82与一级循环水管道5连通，光伏板21包括若干上光伏片211和若干下光伏片212，若干所述上光伏片211呈放射状安装在上安装部81a的顶面，若干所述下光伏片212呈放射状安装在下安装部81b的侧面并平行于下安装部81b的母线方向，总装基座81的内部设置有风力除尘系统9，风力除尘系统9的供电端与光伏发电系统2电性连接，风力除尘系统9的除尘端设置有多个与真空集热管31一一对应的除尘口组91。本发明的工作原理是，白天太阳能集热系统3的真空集热管31吸收白天的太阳能加热导热油，导热油对加热头315进行加热，加热头315加热储热水仓82中的一级循环水，一级循环水在循环泵的作用下流经储水罐1中的板式换热器并与二级循环水实现换热。
39.进一步地，在联合式总装8上的上光伏片211和下光伏片212都用来受光发电，而且分布角度比较全面，能够提高本装置的全天候采光效果，有利于提高本装置的光伏发电能力；光伏板21发电经过逆变器23后供给循环泵和空气源热泵系统4工作，多余电量储存至储能电池24,储能电池24可以在夜间无太阳光的条件下为循环泵、控制器以及空气源热泵系统4提供电力。通过在联合式总装8中集成风力除尘系统9可以对真空集热管31上的落灰进行自动清理，由除尘口组91吹出的风力在真空集热管31的中性面分出两支对整个真空集热
管31进行吹灰，以自动方式来代替人工或者一部分人工，降低工人的清理工作量，有利于保证太阳能集热系统3对一级循环水的加热性能。联合式总装8巧妙地对光伏发电系统2的光伏板21和太阳能集热系统3的真空集热管31进行集成，不仅可以保证相应的光伏发电功能和太阳能集热功能，还大大节约了整个系统的空间，有效降低了空间成本。真空集热管31以倾斜方式插在集热器水路上，可方便在线拆装，有利于节约水源并减小拆装工作量；而且真空集热管31在上安装部81a上的分布角度比较全面，受热面积大，有利于提高对一级循环水的加热效率；同时，储热水仓82集成在联合式总装8上，降低了水位循环的实际高度，有利于促进一级循环水的高效流通。
40.为了提高总装基座81的利用率，本发明提供的总装基座的内部为空心结构且包括圆台孔部84，圆台孔部84的底部设置有与其连通的缩口部85。其中，圆台孔部84与上安装部81a的形状设计匹配，保持其壁厚具有足够的支撑强度即可，而圆台孔部84的内部可以直接安装风机和其它重要部件，如上光伏片211的光电转换器22以及储能电池24或其它蓄电器件。缩口部85为圆台孔部84中的物理器件提供安装台面，而其缩口设计拉长了下安装部81b边缘与缩口部85边缘的跨度，有利于提高整个联合式总装8的稳定性。
41.为了提高总装基座81对物理器件的支撑稳定性，本发明在总装基座81的内部中心设置有支撑组件86，支撑组件86包括支撑杆861，支撑杆861上设置有与其螺纹连接的上t型法兰862和下t型法兰863，上t型法兰862与上光伏片211支撑配合，下t型法兰863与圆台孔部84支撑配合且通过法兰螺栓连接。其中，支撑杆861由下至上贯穿总装基座，由上t型法兰862与支撑杆螺纹调节之后可对上光伏片211进行支撑，由下t型法兰863与支撑杆螺纹调节之后来对圆台孔部84中的器件进行支撑。下t型法兰863与总装基座81用法兰螺栓连接之后可提高整个支撑组件86与总装基座81的同轴度，进一步提高对相应器件的支撑效果。需要说明的是，下t型法兰的最大直径大于缩口部85的口径，所以其可采用对半结构的设计，用以将其顺利放入圆台孔部84中以便进行后续的调节与装配。
42.为了提高下光伏片212与光电转换器22以及储能电池24的连接性能，本发明在下安装部81b上设置有围绕其侧面一周分布的框架口87，框架口87的外侧设置有用来限制下光伏片212的框架条88。这样的话，框架条88对光伏板21进行双侧限位，而下光伏片212背后的光电转换器22可以隐藏在框架口87处，提高下光伏片212与下安装部81b的装配性能，而且布置下光伏片212与储能电池24的连接导线。
43.为了提高上光伏片211的稳定性，本发明还将上安装部81a的顶面设计为倒锥面，其边缘部分稍凸出于上光伏片211，若干所述上光伏片211依次拼接之后形成倒锥形的受光面，而且上光伏片211相互之间具有一定的作用力，所以能够保证上光伏片211的装配可靠性。
44.为了提高风力除尘系统9的利用率，本发明提供的风力除尘系统9包括多个风机92，风机92的一侧设置有与总装基座81的内壁连接的安装板93，风机92的输出风朝除尘口组91方向流动，除尘口组91包括长条形的送风板911，送风板911与真空集热器的轴心平行，送风板911上设置有多个沿其长度方向分布的出风孔912，所述出风孔912处设置有过滤网，由过滤网对流动的空气进行过滤。这样的话，所有风机92均通过不同的安装板93安装在总装基座81的内壁，其出风端同时向送风板911处送风，而送风孔912处形成的风力能对在真空集热管31的中性面分散，再加上相邻真空集热管31的间隔设计形成的狭口，能够令风力
在真空集热管31的正面也形成除尘的负压，对整个真空集热管31进行吹灰，有效降低工人的清理工作量，缩短真空集热管31中导热油的加热周期。关于总装基座81内部压力的情况，由于在光伏板21的安装节点处不可避免地存在一些漏风处，所以风机可以直接由外向内抽一部分空气再从出风孔处吹出。
45.与风力除尘系统9相匹配地，本发明提供的总装基座81的内壁和外壁分别设置有内裙板89和外裙板810，内裙板89和外裙板810上分别设置有内支撑口89a和外支撑口810a。通过设计内支撑口89a和外支撑口810a有利于保证总装基座81内部的压力平衡，从而提高风力除尘系统9的除尘效果。
46.为了提高真空集热管31的安装稳定性，本发明在上安装部81a的顶部设置有与下安装部81b的顶部相对的外沿板811，外沿板811的底面设置有环形的安装圈812，安装圈812上设置有用来与真空集热管31的一端密封配合的顶孔。外沿板811的延伸长度为安装圈提供了适当的安装面积，安装圈812的规格以及顶孔的具体位置可根据实际安装需要进行选择。由安装圈812对真空集热管31进行支撑，其顶孔与真空集热管31的顶端直接插接，而且旋转配合，可以根据使用情况适当地调整受光面。
47.为了提高储热水仓82与一级循环管道的连通效果，本发明在下安装部81b的侧面设置有两个关于总装基座81的轴心对称分布的连接管口，两个所述连接管口处设置有方向相反的连接弯管813，弯管与储热水仓82连通，而相邻总装基座81上的连接弯管通过过渡管首尾依次连接。
48.为了提高真空集热管31的密封性，本实用新型真空集热管31包括真空管311，真空管311的管壁上设置有光热涂层，真空管311的中心设置有导热油管312，加热头315设置在导热油管312的底端且伸入储热水仓82中，真空管311的顶端和底端分别设置有上密封塞组313和下密封塞组314。其中，上密封塞组313包括用来密封真空管与导热油管处的上密封塞a和用来密封导热油管端口及安装节点处的上密封塞b；下密封塞组314包括用来密封真空管与导热油管处的下密封塞a和用来密封安装节点处的上密封塞b。上密封塞组313和下密封塞组314不仅可以起到密封的作用，同时还具有一定的弹性，能够在装配时提供一定的缓冲以降低装配难度，提高装配效率以及装配作业的安全性。
49.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。