[发明专利]太阳能热泵热管复合系统

说明书

技术领域

本发明属于太阳能应用领域，涉及太阳能热泵热管系统。

背景技术

能源问题是社会经济发展的首要问题。近年来，伴随着经济的快速发展，我国对能源的需求呈现快速增长的趋势。目前，由于我国能源利用效率的低下和煤炭等化石能源使用比重过大导致了我国能源问题更加严峻和环境破坏日趋严重，极大地制约了我国经济的发展。太阳能因为其可再生以及对环境友好的优点，是重要的传统能源替代物。目前太阳能的应用方式主要是光热转换和光电转换。

太阳能光电/光热综合利用(PV/T，Photovoltaic/Thermal)比单独的光-电系统或者光-热系统都有明显提高，但普通的PV/T系统大都以水作为冷却工质，不能在高纬度寒冷地区使用。由于PV/T系统光-热转换所得热能的输出必须达到最终使用的温度要求，从而迫使冷却流体温度会逐步升高，无法有效冷却PV电池和提高光电效率；若光伏电池长期处于较高工作温度状态还会加速其老化，导致光-电效率进一步下降；此外当太阳辐照量不足或是外界温度比较低时，普通PV/T系统的热能输出难以达到直接使用温度的要求。

太阳能热泵(SAHP，Solar Assisted Heat Pump)它是太阳能光-热转换与热泵循环相结合的一种利用方式，光伏-太阳能热泵(PV-SAHP，Photovoltaic Solar Assisted HeatPump)系统，即将光伏发电技术与直膨式太阳能热泵有机结合，使得系统能够同时满足光伏电池低温冷却和光-热转换中热能的高温输出两种不同温度要求。由关于PV-SAHP系统的研究可知，与传统的风冷热泵相比，由于以太阳辐照为热源，PV-SAHP系统具有较好的热泵性能系数；与太阳能热泵系统相比，PV-SAHP在向建筑提供热能的同时还提供了电力，拓展了太阳能的利用途径；与普通PV/T系统相比，由于PV-SAHP系统蒸发器工质的低温蒸发，使得电池温度较低，有利于光-电转换；同时低温光-热转化环境也极大地减少了系统环境热损，使得系统光电/光热综合效率得到较大提高。但是，PV-SAHP系统的运行需要消耗较多电能来完成其压缩机的压缩过程，而在春、夏、秋三个季节的大部分时间内，建筑房间并不需采暖，只需生活热水。当太阳辐照较强，外界环境温度较高时，采用被动式的PV/T系统也能满足建筑的生活热水需求，此时若仍然采用PV-SAHP系统来制取生活热水将会造成不必要的能源浪费。

热管是一种很好的热量传输工具，特别是其蒸发时工质处于两相区，其温度接近于恒定。其中重力热管和PV蒸发器可以很好的结合在一起。不但可以使光伏电池温度保持在较低的温度，从而提高其光电转换效率，同时还能提供生活热水。但是随着热水温度的升高，热管与热水间的热交换效率低，热管的效率也降低，若一直维持在热管运行状态显然不能实现太阳能的最大化利用，并且热管与PV蒸发器结合时对气候要求比较高，不能实现热水的连续供应。

发明内容

为了解决上述背景技术中的问题，本发明提供一种太阳能热泵热管复合系统。

本发明的太阳能热泵热管复合系统(PV-SAHP)，主要包括压缩机、水冷冷凝器、节流装置、室内风冷换热器、室外风冷换热器、PV蒸发器、热管蒸发上升管路、热管冷凝回流管路、光伏控制系统及相应控制阀门；压缩机通过四通阀连通着冷凝器、蒸发器和节流机构，冷凝器并联着室内风冷换热器，蒸发器并联着室外风冷换热器；

所述蒸发器为光伏蒸发器，光伏蒸发器连接着光伏控制机构；蒸发器的两端分别设有电磁阀V5和电磁阀V6，所述室外风冷换热器的一侧设有室外电磁阀V7；

所述冷凝器为水冷冷凝器，冷凝器的两端分别设有电磁阀V1和电磁阀V2；所述室内风冷换热器的一侧设有室内电磁阀V8；

所述热管蒸发上升管路上设有上升电磁阀V3，所述热管冷凝回流管路上设有回流电磁阀V4；

所述冷凝器入口和蒸发器出口之间由热管蒸发上升管路连通，冷凝器出口和蒸发器入口之间由热管冷凝回流管路连通。

所述的太阳能热泵热管复合系统(PV-SHAP/HP)，在压缩机进排气的两端有一个四通阀，以解决系统不同循环需要。

所述的太阳能热泵热管复合系统(PV-SHAP/HP)，其热管和热泵系统采用的是同样的工质R600a。

所述的太阳能热泵热管复合系统(PV-SHAP/HP)，采用的室外风冷换热器和PV蒸发器可根据不通气候条件切换使用，并且可根据制冷或制热而实现不同的功能。