[实用新型]一种太阳能－热泵分级加热式储能的热水装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及太阳能利用领域，尤其是涉及一种太阳能-热泵分级加热式储能的热水装置。

发明背景

太阳能数量巨大，每年到达地球表面的太阳辐射能约为130万亿吨标煤，但其特点是具有分散性、间断性和不稳定性。尽管到达地球表面的太阳辐射能的总量很大，但是能流密度却很低，因此想要得到一定的辐射功率，就需要较大的接受辐射面积。所谓间断性和不稳定性是指太阳辐射能受昼夜、季节、地理纬度、海拔高度等自然条件限制，以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响。为了消除这些缺点，就需要解决储能问题并借助于其它辅助能源才能达到全天候使用。热水制作等建筑用能耗完全可以用低位的可再生能源为主来完成，若采用高位的电能来完成是对能源资源的一种浪费，因此，在采用太阳能热水的系统中，保证最大程度地利用太阳能并实现系统有效储能是系统性能的主要指标之一，同时还要保证热水输出温度满足行业标准要求保持在45℃以上，能全年全天侯使用，即至少能保证能全年365天24小时供应45℃以上热水，可能的条件下还应能按365天24小时供应次级温度如30℃-40℃的热水；其次，在选择使用电加热装置时，应使得装置能充分使用谷电时段的电能，以保障装置的运行费用最低；此外，应能降低装置设置成本，并同时取得最大的安装使用适应性，有利于达到与建筑的一体化结合。

现有技术解决太阳热水系统的储能手段主要是通过增大储能水箱的体积或增加储能介质的单位体积储能密度，其中，在采用增大储能水箱体积方面，已公布的CN1403760A”多能互补能源系统”中介绍了一种包括太阳能集热和辅助能源与采用蓄能水箱进行供热、供冷的技术方案，其采用的蓄能水箱包括热水室与冷水室，两者间用绝热材料隔开，太阳能集热系统与地源热泵系统分别同蓄能水箱连接。按其附图等所示，该方案中热水的制作与热水的使用是采用实时制，因此为了保障太阳能集热系统与蓄热水箱间的换热正常进行，在输出额定产量热水的同时必须输入相同量的冷水，由于冷量随时进入，采用正常尺寸的非蓄热水箱难以达到按全年365天24小时保障供应45℃设计额定热水量的要求，此外，阳光天随着蓄热水箱上部水温不断上升，这种太阳能集热系统的集热效率不断下降，一般在晴天近中午时即已如此，因此，系统的整体热性能较低；若采用增大储热水箱体积的方式来储能，则储热水箱的下半部分始终是温度较低的水，未对每天的热水输出有足够的贡献，且低热温水更容易产生细菌繁殖污染供水，没有一定的分层保温技术措施，冷热水储存易相混，上部的水也不容易达到要求的输出温度，水箱的体积浪费太大，加之热水室与冷水室独立设置季节性使用，使得其利用率大大降低，设置成本过高。

辅助加热采用电热泵技术的特点是节能，同样热电效率下耗电是一般电加热元件的三分之一或以下，但电热泵工作的效率受要求加热温度与热源温度范围的限制，低于临界温度时还会结霜，加热温差过大时设备易损坏，由于电能的紧缺，还应尽可能采用低谷时段的电能来驱动电热泵完成热水制作等工作。

为了解决上述问题，本人在申请号200510025652.1的发明专利申请中提出了一种太阳能集热与电加热的热水装置，采用太阳能集热器，热泵，电加热元件等组成，经太阳能集热器、或热泵、或电加热元件分别所制的定量的热水储存于水箱中，以使得所制的热水可以通过分时工作方式实现储存供应，保证装置的热水输出能达到45℃以上365天24小时的供应标准，并使装置可以选择最大程度地利用太阳能和仅使用谷电时段的电能。采用这种技术方案的热水装置在实际应用中也遇到了一些问题，如：当建筑屋面太阳能集热器安装面积受到限制的情况下，难以保证最大程度地利用太阳能，同时，太阳能利用能量不足的部分则势必要采用热泵来做补充，因此，需要有足够的低价能源如低谷电供应来作保证，这对于家庭用户进线电流容量固定的情况下，夜间又难以取得足够的低谷电供应；同时，为了取得储能降成本效果，水箱的体积会需要做得较大，这样便增加了热水装置的设置成本；对于大型的集中热水装置，增加水箱的体积除了会增加设置成本，还会产生屋顶安装和安装面承载能力的问题，并使太阳能集热器安装面积减少，因而使其应用的安装适应性受到影响。

发明内容