太阳能全光谱分频热-电联合驱动的空调系统及控制方法

本发明涉及太阳能热泵，具体而言，涉及一种太阳能全光谱分频热-电联合驱动的空调系统及控制方法。

背景技术：

1、近年来，我国用电缺口逐渐增大，很多城市在夏天用电高峰有电力供应不足的情况，而空调用电在民用建筑耗电中占据较大的比重，因此做好空调节电工作迫在眉睫。而太阳能作为储量丰富、发展潜力巨大的可再生能源，考虑以太阳能作为空调的供给能源有重要意义。

2、目前有太阳能热驱动和电驱动两种形式的空调，以太阳能热驱动的喷射式空调系统，其结构简单、运行稳定可靠、运行维护费用低，但由于系统能效比低，单一使用时，节能效果不明显；以太阳能电驱动的压缩式空调，系统能效比高、适用范围广，但基于光伏组件对太阳光谱的选择吸收性，若直接采用全光谱发电反而会降低发电效率从而降低机组能效。

3、因此采用何种系统形式，结合太阳能全光谱热电利用、喷射式制冷和压缩式制冷各自优势，实现“光-热-冷”和“光-电-冷”太阳能空调的有机耦合同时做到高效节能是目前亟待解决的问题。

4、现有专利一种新型太阳能喷射-压缩制冷系统(申请号：cn202111149744.6)、一种太阳能喷射与压缩耦合的双蒸发制冷系统(申请号：cn202011404168.0)及一种蓄冷型太阳能喷射-压缩复合制冷机组(申请号：cn201110022737.x)虽然都采用了喷射式与压缩式结合的方式来制冷，但其利用的常规型太阳能集热器存在其本身的太阳能利用率低，即对于全波段的太阳能无法有效利用，与制冷系统的配合间存在间歇性不稳定的问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：

2、为了解决现有的太阳能供能的喷射压缩复合制冷系统存在无法对全部波长的太阳能有效利用，为喷射压缩复合制冷系统供能时存在间歇性不稳定；对于现有两相喷射-压缩式结构，在高温差工况下，压缩比过大，制冷效率低的问题。

3、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案：

4、本发明提供了一种太阳能全光谱分频热-电联合驱动的空调系统，包括槽式集热器、光伏电池板、分频器、集热管、油箱、油循环泵、发生器、储能变流器、第一喷射器、压缩机、冷凝器、储液罐、节流阀、蒸发器、制冷剂循环泵、第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀和第四调节阀，

5、集热管出油口与油箱进油口连接，油箱的出油口与油循环泵的进油口连接，油循环泵的出油口与发生器的进油口连接，发生器的出油口与集热管进油口连接，

6、发生器的出液口与第一喷射器的高压进液口连接，第一喷射器的低压进液口分别与压缩机进液口管道和蒸发器的出液口管道连接，第一喷射器的低压进液口管道上设有第一调节阀，压缩机的进液管道上设有第三调节阀，压缩机的出液管道上设有第四调节阀，第一喷射器的出液管道上设有第二调节阀，第一喷射器的出液口管道与压缩机的出液口管道汇合后与冷凝器的进液口连接，冷凝器的出液口与储液罐的进液口连接，储液罐的出液口分别与节流阀进液口和制冷剂循环泵的进液口连接，节流阀出液口与蒸发器的进液口连接，制冷剂循环泵的出液口与发生器的进液口连接，

7、蒸发器的另一侧还设有进液口和出液口，冷凝器的另一侧还设有进液口和出液口，

8、槽式集热器的数量为至少一个，当槽式集热器的数量为至少2个时，槽式集热器均匀布设，每个槽式集热器均设有集热管，多个集热管依次串联，至少一个槽式集热器与光伏电池板连接，光伏电池板与储能变流器连接，储能变流器分别与压缩机、油循环泵和制冷剂循环泵连接。

9、进一步地，所述油箱可为储热罐。

10、一种太阳能全光谱分频热-电联合驱动的空调系统的控制方法，

11、白天时，开启第一调节阀和第二调节阀，关闭第三调节阀和第四调节阀，槽式集热器对太阳光进行聚光后反射至分频器，经分频器分频，短波反射作用于光伏电池板，产生电能后储存于储能变流器中，进行直交流转换用于夜间使用，储能变流器中储存的电能用于驱动油循环泵和制冷剂循环泵工作；长波透射作用于集热管加热导热油，其热量作用于发生器作为喷射式制冷的驱动热源，同时以冷却水作为低位热源，驱动喷射式制冷循环，保证白天制冷工况；

12、夜间时，开启第三调节阀和第四调节阀，关闭第一调节阀和第二调节阀；夜间使用储能变流器中的储存电能，作为压缩机的电力来源，直接驱动压缩式制冷循环，保证夜间制冷工况。

13、一种太阳能全光谱分频热-电联合驱动的空调系统的控制方法，

14、白天时，开启第一调节阀和第二调节阀，关闭第三调节阀和第四调节阀；槽式集热器对太阳光进行聚光后反射至分频器，经分频器分频，短波反射作用于光伏电池板，产生电能后储存于储能变流器中，进行直交流转换用于夜间使用，储能变流器中储存的电能直接驱动油循环泵和制冷剂循环泵工作；长波透射作用于集热管加热导热油，一部分热量储存于储热罐中以备夜间使用，另一部分热量作用于发生器作为喷射式制冷的驱动热源，同时以冷却水作为低位热源，驱动喷射式制冷循环，保证白天制冷工况；

15、夜间时，优先开启第一调节阀和第二调节阀，关闭第三调节阀和第四调节阀；当制冷量不足时，开启第三调节阀和第四调节阀，关闭第一调节阀和第二调节阀；夜间优先使用储热罐中的热量作用于发生器作为喷射式制冷的驱动热源，同时以冷却水作为低位热源，驱动喷射式制冷循环；当冷负荷需求较大而喷射式制冷驱动热量不足时，使用储能变流器中的储存电能，直接驱动压缩式制冷循环，保证夜间制冷工况，多余电能可上网。

16、一种太阳能全光谱分频热-电联合驱动的空调系统，包括槽式集热器、光伏电池板、分频器、集热管、油箱、油循环泵、发生器、储能变流器、第一喷射器、压缩机、冷凝器、储液罐、节流阀、蒸发器、制冷剂循环泵、第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀和第四调节阀，

17、集热管出油口与油箱进油口连接，油箱的出油口与油循环泵的进油口连接，油循环泵的出油口与发生器的进油口连接，发生器的出油口与集热管进油口连接，

18、发生器的出液口与第一喷射器的高压进液口连接，第一喷射器的低压进液口管道上设有第一调节阀，蒸发器的出液口与压缩机的进液口连接，蒸发器的出液口管道上设有第三调节阀，压缩机的出液口分别与第一喷射器的低压进液口和用于与第一喷射器的出液口汇合的管道连接，第一喷射器的出液口管道上设有第二调节阀，压缩机的出液口分支管道与第一喷射器的出液口汇合后与冷凝器的进液口连接，冷凝器的出液口与储液罐的进液口连接，储液罐的出液口分别与节流阀进液口和制冷剂循环泵的进液口连接，节流阀出液口与蒸发器的进液口连接，制冷剂循环泵的出液口与发生器的进液口连接，

19、蒸发器的另一侧还设有进液口和出液口，冷凝器的另一侧还设有进液口和出液口，

20、槽式集热器的数量为至少一个，当槽式集热器的数量为至少2个时，槽式集热器均匀布设，槽式集热器包括集热管，多个集热管串联，至少一个槽式集热器与光伏电池板连接，光伏电池板与储能变流器连接，储能变流器与压缩机、油循环泵和制冷剂循环泵连接。

21、进一步地，还包括第二喷射器、气液分离器、第五调节阀、第六调节阀、第七调节阀、第八调节阀、第九调节阀、第十调节阀、第十一调节阀、第十二调节阀、第五制冷剂管路、第四引射制冷剂管路、第五引射制冷剂管路、第五工作制冷剂管路、第五气态制冷剂管路、第三混合制冷剂管路、第四混合制冷剂管路和第三液态制冷剂管路，

22、蒸发器的出液口分别与第二喷射器的低压进液口和第五制冷剂管路的进液口连接，第二喷射器的低压进液口上设有第七调节阀，第二喷射器的高压进液口管道上设有第十二调节阀，第二喷射器的出液口与气液分离器的进液口连接，气液分离器的出气口与第四引射制冷剂管路的进气口连接，第四引射制冷剂管路上设有第六调节阀，第四引射制冷剂管路的出气口和第五引射制冷剂管路的出气口汇合后与第一喷射器的进气口连接，第五气态制冷剂管路的出气口分别与第五引射制冷剂管路的进气口和第五工作制冷剂管路的进气口连接，第五工作制冷剂管路的出气口和发生器的出气口汇合后与第一喷射器的高压进气口连接，第五工作制冷剂管路上设有第五调节阀，第一喷射器的出气口与第三混合制冷剂管路的进气口连接，第三混合制冷剂管路的出气口分别与第四混合制冷剂管路的进气口和第一混合制冷剂管路的进气口连接，第四混合制冷剂管路上设有第八调节阀，第四混合制冷剂管路的出气口和第五制冷剂管路的出气口汇合后与压缩机的进气口连接，气液分离器的出液口与第三液态制冷剂管路的进液口连接，第三液态制冷剂管路上设有第九调节阀，第三液态制冷剂管路的出液口分别与节流阀进液口和储液罐的一侧出液口连接，储液罐的一侧出液口管道上设有第十调节阀，储液罐的一侧出液口管道上设有第十调节阀，冷凝器的出液口分别与储液罐的进液口与第二喷射器的进液口连接，储液罐的进液口管路上设有第十一调节阀。

23、进一步地，所述油箱可为储热罐。

24、一种太阳能全光谱分频热-电联合驱动的空调系统的控制方法，

25、白天时，开启第一调节阀、第二调节阀和第三调节阀，关闭第四调节阀；槽式集热器对太阳光进行聚光反射至分频器，经分频器分频，短波反射作用于光伏电池板，产生电能后储存于储能变流器中，进行直交流转换用于夜间使用，储能变流器中储存的电能直接驱动油循环泵、制冷剂循环泵和压缩机工作；长波透射作用于集热管加热导热油，其热量作用于发生器作为喷射式制冷的驱动热源，同时以冷却水作为低位热源，压缩机作为喷射式辅助设备对引射流体加压，推动喷射-压缩式制冷循环，用于保证白天冷负荷需求大的制冷工况；

26、夜间时，开启第三调节阀和第四调节阀，关闭第一调节阀和第二调节阀；夜间使用储能变流器中的储存电能，作为压缩机的电力来源，直接驱动压缩式制冷循环，保证夜间制冷工况。

27、一种太阳能全光谱分频热-电联合驱动的空调系统的控制方法，

28、白天时，开启第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀、第十调节阀和第十一调节阀，关闭第四调节阀、第五调节阀、第六调节阀、第七调节阀、第八调节阀、第九调节阀和第十二调节阀，运行带压缩机的喷射式制冷循环；

29、槽式集热器对太阳光进行聚光再反射至分频器，经分频器分频，短波反射作用于光伏电池板，产生电能而后储存于储能变流器中，进行直交流转换用于夜间使用，储能变流器中的电能直接驱动油循环泵、制冷剂循环泵和压缩机工作；长波透射作用于集热管加热导热油，其热量作用于发生器作为喷射式制冷的驱动热源，同时以冷却水作为低位热源，压缩机作为喷射式辅助设备对引射流体加压，推动喷射-压缩式制冷循环保证白天冷负荷需求大的制冷工况；

30、夜间时，开启第三调节阀、第四调节阀、第十调节阀和第十一调节阀，关闭第一调节阀、第二调节阀、第五调节阀、第六调节阀、第七调节阀、第八调节阀、第九调节阀和第十二调节阀，运行单压缩制冷循环；

31、夜间使用储能变流器中的储存电能，作为压缩机的电力来源，直接驱动压缩式制冷循环，保证夜间制冷工况；

32、当运行双喷射-压缩式制冷模式时，

33、开启第四调节阀、第五调节阀、第六调节阀、第七调节阀、第八调节阀、第九调节阀和第十二调节阀，关闭第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀、第十调节阀和第十一调节阀，运行带第一喷射器和第二喷射器的低压缩比压缩式制冷循环；

34、使用储能变流器中储存的电能，作为压缩机的电力来源，驱动喷射-压缩复合制冷，第二喷射器作为压缩式制冷的辅助设备，第一喷射器用冷凝侧高压驱动，对压缩机入口处的压力进行提升。

35、进一步地，所述槽式集热器包括圆弧形二次反射镜、抛物面一次反射镜和集热管，所述集热管的中心轴线与抛物面一次反射镜的焦点线重合，所述抛物面一次反射镜和圆弧形二次反射镜的截面均为圆弧形，所述圆弧形二次反射镜位于集热管的上方，且抛物面一次反射镜和抛物面二次反射镜的开口朝向相对设置；

36、所述圆弧二次反射镜半径r为，

37、

38、式中，a为ob的长度；b1为oo′与半径r的系数；为抛物面一次反射镜边缘角；

39、所述圆弧二次反射镜宽度w为，

40、

41、式中，α为跟踪误差角；ob为抛物面一次反射镜的最发散光线与另一侧边缘线交点b至抛物面一次反射镜面交点o的距离；

42、所述圆弧二次反射镜位置d为，

43、

44、所述圆弧二次反射镜位置以位于集热管中垂线上的o′点为圆心，以r为半径，距集热管中心相对位置d，宽度为w的圆弧形结构。

45、相较于现有技术，本发明的有益效果是：

46、本发明一种太阳能全光谱分频热-电联合驱动的空调系统及控制方法，白天时通过槽式集热器聚光集热，通过分频器分频后的短波作用于光伏电池板用于夜间备用以及直接驱动油循环泵和制冷剂循环泵工作，长波作用于集热管，作为喷射式制冷的驱动热源；夜间时利用储能变流器中储存电能驱动压缩式制冷循环，保证夜间制冷工况；或当白天或夜晚冷负荷需求大时，也可采用喷射-压缩结合的方式制冷，此时可优先利用储热罐作为喷射式制冷的驱动热源，若储热罐热量不足时还可通过储能变流器来代替，既可保证了夜间制冷工况，多余的电能还可上网；

47、本发明一种太阳能全光谱分频热-电联合驱动的空调系统及控制方法，采用先聚光再分频的技术，提高总太阳光束的能流密度进而提高太阳能利用率，同时减少了太阳能光伏板和分频膜的铺设面积，跟踪控制简单；通过设置满足聚光后一次反射与集热器同焦点的抛物线且离散的分频技术，减少了分频之后的太阳光线发散和光伏板发热问题，有效提高了光伏组件的发电效率，最大限度实现全光谱光热、光电梯级利用，提高全波段太阳能的利用率。

48、本发明一种太阳能全光谱分频热-电联合驱动的空调系统及控制方法，太阳能通过槽式集热器即可转化为电能为白天的喷射式制冷提供能源，又能转化为热能为夜间的压缩式制冷提供能源，常规制冷模式下，可根据白天或夜晚、制冷工况的需求来选择制冷方式，制冷方式可为单独喷射式制冷、单独压缩式制冷、喷射-压缩联合式制冷以及双喷射-压缩联合式制冷，四种制冷方式在节能的同时实现了稳定的全天候空调工况；除了常规制冷模式，还可以运行双喷射-压缩制冷模式在维持压缩比不变的情况下实现高温差制冷工况，省去了蒸发器、冷凝器、压缩机一套设备的多余投入；还可在同等冷凝温度条件下以节能的手段制备更低温的冷冻水，满足一些特殊制冷工况需求。

49、本发明一种太阳能全光谱分频热-电联合驱动的空调系统及控制方法，第一喷射器与压缩机采用并联式结构，两套制冷系统共用一组蒸发器和冷凝器，结构更加简单，成本可有效降低；

50、本发明一种太阳能全光谱分频热-电联合驱动的空调系统及控制方法，以太阳能这类免费、可再生能源驱动空调，热电自产自销、余电上网，降低了建筑能耗同时提高了绿色能源的利用率。