[发明专利]一种氢能和太阳能互补的热泵系统及其运行方法

说明书

本发明公开了一种氢能和太阳能互补的热泵系统,包括燃料电池发电系统、散热系统和复合型平板太阳能集热器，所述散热系统、燃料电池发电系统和复合型平板太阳能集热器依次连通构成冷却水回路，所述散热系统将冷却水泵入燃料电池发电系统中，所述冷却水带走燃料电池发电系统的反应热，所述冷却水的温度升高，并流入复合型平板太阳能集热器，所述复合型平板太阳能集热器吸收冷却水的热量，所述冷却水的温度降低，并流回散热系统，所述冷却水在散热系统中进一步散热，所述冷却水的温度进一步降低至能够再次冷却燃料电池发电系统。本发明对环境友好，且将燃料电池的余热完全利用的综合能源利用系统，提高了氢能源的综合利用率。

技术领域

本发明涉及热能动力技术范畴，尤其涉及一种氢能和太阳能互补的热泵系统及其运行方法。

背景技术

太阳能热泵是以太阳能作为低温热源，另外消耗一定的高品位能源(一般为电能或机械能)，将太阳能的温度水平提升后再加以利用的热泵。在具体实现方式上，太阳能热泵可利用蒸气压缩式、斯特林式等热泵作为中间环节，而以集热器收集的太阳热作为蒸发器的吸热源，太阳能在其中起辅助热源的作用，因此这类热泵又常被称为太阳能辅助热泵。目前以太阳能集热器和蒸气压缩式热泵相结合的太阳能辅助热泵比较常见。

太阳能辅助热泵是太阳能利用的重要形式，但由于其需要消耗高品位的能源，如：电能或机械能，太阳能辅助热泵不能完全依靠太阳能来工作，因此还不是完全的可再生能源利用系统，不能离开电网单独运行。此外，由于太阳能具有间歇的特性，在夜晚和阴雨天气收集不了太阳热能，达不到热泵工作所需要的低温热源的最低温度，此时就不能维持太阳能辅助热泵的连续运转。

以氢为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有燃料来源广泛、清洁环保、电能转换效率高、工作温度低的特点，只要源源不断地给PEMFC供应氢气，PEMFC就能源源不断地产生电力，不受天气条件的限制。输入到PEMFC的氢气的能量有50％以上转化成电能，剩下不到50％则转化成热量。由于此热量温度较低，一般利用价值不大，只能白白排放掉。如要充分利用此余热，就需要将此余温的温度提升到比较高的水平才行。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种氢能和太阳能互补的新能源利用系统，以解决太阳能辅助热泵不能脱离电网运行，以及质子交换膜燃料电池的余热温度不高的问题的氢能和太阳能互补的热泵系统及其运行方法。

本发明的实施例提供一种氢能和太阳能互补的热泵系统,包括燃料电池发电系统、散热系统和复合型平板太阳能集热器，所述散热系统、燃料电池发电系统和复合型平板太阳能集热器依次连通构成冷却水回路，所述散热系统将冷却水泵入燃料电池发电系统中，所述冷却水带走燃料电池发电系统的反应热，所述冷却水的温度升高，并流入复合型平板太阳能集热器，所述复合型平板太阳能集热器在阳光不充足时吸收冷却水的热量，所述冷却水的温度降低，并流回散热系统，所述冷却水在散热系统中进一步散热，所述冷却水的温度进一步降低至能够再次冷却燃料电池发电系统。

进一步，所述复合型平板太阳能集热器包括透明平板玻璃、中间隔层、选择性吸收涂层、流道、填充层和保温层，所述中间隔层、选择性吸收涂层、流道和填充层均设在保温层内，所述流道、选择性吸收涂层、中间隔层和透明平板玻璃从下向上依次设置，太阳光透过所述透明平板玻璃，穿过所述中间隔层，照射在所述选择性吸收涂层上，所述选择性吸收涂层具有高吸收率和低发射率，太阳能充足时，所述选择性吸收涂层将入射的太阳光吸收，没太阳时或阳光不充足时,所述选择性吸收涂层吸收冷却水的热量，所述选择性吸收涂层温度升高，所述填充层填充在流道的外侧，所述选择性吸收涂层将吸收的热量通过填充层传递给流道，所述保护层防止热量散失。

进一步，所述流道包括水流道和制冷剂流道，所述水流道和制冷剂流道互不连通，所述制冷剂流道在水流道的下方，所述选择性吸收涂层将吸收的热量通过填充层传递给水流道内流通的水和制冷剂流道内流通的制冷剂；所述中间隔层为空气层或真空层，所述填充层为导热性能优良的固体或液体，所述填充层为泡沫金属或导热液。