[发明专利]高聚光光伏-市电联驱的光伏光热一体化双源热泵能源系统及其运行方法

说明书

本发明提供一种高聚光光伏‑市电联驱的光伏光热一体化空气源‑水源双源热泵能源系统，将传统高聚光光伏模组的余热收集以制取生活热水或供给双源热泵。供热模式下：阳光充足时，聚光光伏直流电直接驱动热泵的压缩机，从空气中取热，使热泵进行产热循环，与高聚光光伏的集热系统并行制备热水；阳光不充足时，集热系统产生的低温水流经制冷剂‑水板式换热器，与风冷换热器一起作为热泵的双源蒸发器，使其运作产热；阴雨或夜间等不能发电的条件下，热泵系统由市电驱动。制冷模式下，热泵以反向运作，向用户输送冷量，并由集热系统为用户输送热水。本发明综合高效利用太阳能，且运行稳定、不受日照等天气影响，节能环保，具有明显的经济优势。

技术领域

本发明涉及一种高聚光光伏-市电联驱的光伏光热一体化空气源-水源双源热泵能源系统及其运行方法。

背景技术

传统的光伏模组使用晶硅电池，光电转化效率低，且因太阳能本身能量密度低，单位面积模组的输出功率也低。高聚光光伏模组使用菲涅尔透镜，配合追踪系统，将汇聚后的太阳光照射到高转化效率的多结砷化镓光伏电池上发电。经汇聚的太阳光能量密度很大，因此电池芯片发热严重，严重降低了其光电转化效率。可利用换热器将这部分热量加以利用。

现有的太阳能热水器大多采用真空管或平板型集热器，不仅产热量不足，且会因日照情况引发间歇性产热等缺点，无法保证用户的正常热水需求。

发明内容

经过深入研究，发现现有的光伏光热与热泵技术存在如下问题：

热泵实质上是一种消耗一部分高位能为补偿，通过热力循环，将环境介质中贮存的不能直接利用的低位能转换为可以利用的高位能的能量提升装置。由于采用了热泵技术，热泵热水器的产热与耗电比可达3-4。目前热泵热水器与太阳能综合利用的方式主要为太阳能光伏驱动热泵和太阳能辅助热泵。太阳能光伏驱动热泵方面，常见的方式是将太阳能光伏直流电通过逆变转化为交流电再加以利用，或者采用大量蓄电池，但是逆变器和蓄电池价格较高，且电源变换环节过多，给这种系统的技术性能和经济性、环保性都带来了不利的影响；采用光伏直驱技术的太阳能热泵系统，如太阳能光伏-市电混合驱动蓄冷蓄热型热泵机组(中国专利申请200910076400.X)，无蓄电池的太阳能光伏热泵热水器(中国专利申请201310642574.4)，并未考虑充分利用太阳能全波段能量，回收光伏电池余热的问题。太阳能辅助热泵方面，通常采用太阳能集热器作为收集太阳能热量的来源，也未考虑太阳能全波段电、热同时利用的问题。因控制技术复杂性等原因，已有的HCPV/T系统中，均未考虑光伏所发直流电直接驱动热泵的高效结合模式。

本发明的主要目的在于提供一种高聚光光伏-市电联驱的光伏光热一体化空气源-水源双源热泵能源系统，其综合高效利用太阳光电、光热能量，由光伏产电和市电联合驱动，可在冬季产热，夏天制冷和产热。

本发明的目的可通过以下技术方案实现。本发明的高聚光光伏-市电联驱的光伏光热一体化空气源-水源双源热泵能源系统，包括：高聚光光伏-光热子系统；高聚光光伏-市电联驱的双源热泵子系统；生活供热-冷水子系统。

根据本发明的一个实例，所述的高聚光光伏-光热子系统包括：高聚光光伏模组；高聚光光伏电池组件，用于发电；多孔铝合金扁管，用于为高聚光光伏电池组件散热；位于高聚光光伏模组两侧的圆形分流管与汇流管；储液罐，用于暂时存储热水。优选地，在所述的高聚光光伏-光热子系统中设置有第一和第二测温装置，用于确定第一直列泵与追踪系统的运行情况；第三测温装置，用于判断储水箱中的水流向所述的保温蓄能水箱或是作为热泵的换热器之一的第一制冷剂-水板式换热器；第一闸阀和第一水源，用于向储水箱中补水。