相变储能真空管集热器热泵供热系统的制作方法

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1.本技术涉及供热系统技术领域，具体涉及一种相变储能真空管集热器热泵供热系统。

背景技术：

2.目前pvt热电联供系统实现光伏发电和供热，主要包括三个过程：太阳能光伏发电、光伏板加热循环水作为热泵热源和热泵机组产生热水，由于光伏板与热泵机组之间的循环水换热机理复杂，存在的问题和使用限制也比较多，主要包括：
3.1）水泵驱动水循环能耗大。为了提升换热性能，循环水管的局部管径较小，导致循环阻力大而使得循环水泵能耗较大，实际使用过程中热泵机组与太阳能光伏板的距离很大，也会造成水循环的阻力变大，进一步导致水泵能耗提高。
4.2）水系统跑冒滴漏概率高。随着运行时间增长，水系统发生跑冒滴漏是常见现象，水体软化、加药会增加系统维护成本。而且在严寒或寒冷地区使用现有pvt系统时，一旦发生停机或没有太阳辐射时，水系统极易发生冻涨冻裂事故导致系统破坏，因此需要加装辅热装置，使用区域受到很大限制。
5.3）热泵机组蒸发器侧水温低导致不能产生高温热水。由于水的比热大，从太阳能板吸热后温度上升有限，如果热泵机组生产高温热水，会导致压缩机压比增加，热泵性能系数cop下降严重，光伏侧吸收的能量会被压缩机增加的电耗抵消，系统能效下降。因此热泵机组以生产中低温热水为主，不能满不同温度的热水需求。

技术实现要素：

6.本技术提供一种相变储能真空管集热器热泵供热系统，为一种高效可再生能源综合利用系统，把太阳能转化为电能和高品位的热能，满足末端电能、热能负荷需求的同时，实现太阳能大容量、长周期的储能，为太阳能高效综合利用能提供了富有前景的、可持续发展模式的新思路，有利于进一步推进分布式微型电网和热网的深度耦合和市场化能量流动。
7.本技术实施例提供一种相变储能真空管集热器热泵供热系统，包括太阳能光伏发电组、相变储能真空管集热器、逆变器、热泵机组以及末端热负荷；所述太阳能光伏发电组包括多个太阳能光伏板，所有太阳能光伏板电性连接至所述逆变器，所述逆变器电性连接至电网；所述热泵机组的一侧设有蒸发器；所述热泵机组电性连接至所述逆变器；所述相变储能真空管集热器设置在所述太阳能光伏板的下方以吸收对应的太阳能光伏板底部高温空气中的热量，并加热循环空气作为所述热泵机组蒸发器侧的热源；所述热泵机组从所述逆变器获取电能来制取高温热水并供给至所述末端热负荷。
8.在一些实施例中，所述相变储能真空管集热器设有多个，每个所述相变储能真空管集热器对应放置于一个太阳能光伏板的底部。
9.在一些实施例中，所述相变储能真空管集热器的位置与所述太阳能光伏板的位置
重合，或者所述相变储能真空管集热器的面积小于等于所述太阳能光伏板的面积。
10.在一些实施例中，所述太阳能光伏板呈阵列式间隔排布。
11.在一些实施例中，所述相变储能真空管集热器设有空气加热腔以及设于所述空气加热腔内的相变蓄热管，所述相变蓄热管沿所述空气加热腔的延伸方向设置。
12.在一些实施例中，所述相变蓄热管为环形回路，所述相变蓄热管的两端伸出所述空气加热腔的外侧并设于所述热泵机组蒸发器侧。
13.在一些实施例中，所述相变储能真空管集热器热泵供热系统还包括热水箱；所述热泵机组通过管路连接至所述热水箱。
14.在一些实施例中，所述末端热负荷包括生活热水供给装置、暖气片、地板供暖装置、风机盘管和空调机组中的至少一种。
15.在一些实施例中，所述逆变器还电性连接至用电负载。
16.在一些实施例中，所述热泵机组设有逆卡诺循环单元，所述热泵机组通过逆卡诺循环产生热水。
17.本技术实施例提供的相变储能真空管集热器热泵供热系统，为太阳能pvt热电联供系统，首先利用太阳能光伏发电，经汇流、逆变之后为热泵机组和末端负载供电，相变储能真空管集热器吸收太阳能光伏板底部的热量，将循环水加热后供给热泵机组蒸发器侧，热泵机组通过逆卡诺循环产生热水，供给末端的热用户。
18.本技术实施例通过热电联供系统，太阳能光伏发电后的热量可以充分利用，尤其在寒冷地区，可以有效提升热泵的蒸发温度，提升热泵的性能系数，因此整体上也提升了可再生能源的综合利用效率。利用光伏发电驱动热泵制热，实现了太阳能利用形式的多元化，增加了末端用能的灵活性和可靠性。
19.本技术的太阳能相变储能真空管集热器热泵系统极大提升了太阳能综合利用率，保障电力输出的同时，充分利用太阳能热量；其次，利用带蓄热功能的热管集热器加热空气作为热泵的热源，避免了寒冷地区热泵的结霜、化霜问题，使得热泵效率提高至少20%以上，同时采用热空气作为热泵热源，避免了水系统作为热泵热源带来的跑冒滴漏等严重影响系统能效和系统安全的问题；再次，由于热源侧温度提高，使得热泵冷凝侧的温度提升，在保证热泵机组性能系统cop不衰减的情景下，输出高温热媒可提供不同温度要求的末端负荷，包括但不限于生活热水供给装置、暖气片、地板供暖装置、风机盘管和空调机组等。因此，本系统提升了太阳能利用的可靠性和健壮性，为提升可再生能源利用率和节能减排做出较大的贡献。
附图说明
20.下面结合附图，通过对本技术的具体实施方式详细描述，将使本技术的技术方案及其它有益效果显而易见。
21.图1为本技术实施例提供的相变储能真空管集热器热泵供热系统的流程结构图。
22.图2为本技术实施例提供的相变储能真空管集热器的结构示意图。
23.图中的标识如下：
24.太阳能光伏发电组1，相变储能真空管集热器2，逆变器3，
25.热泵机组4，末端热负荷5，热水箱6，
26.用电负载7，太阳能光伏板11，空气加热腔21，
27.相变蓄热管22。
具体实施方式
28.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
29.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
30.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.本技术实施例提供一种相变储能真空管集热器热泵供热系统，所述相变储能真空管集热器热泵供热系统包括三个工艺流程，即太阳能光伏发电、相变储能真空管集热器加热循环空气作为热泵热源以及热泵机组制取高温热水。太阳能光伏发电经汇流、逆变之后，为热泵机组和末端的用电负载供电，电力富裕的情况下可上网。带相变材料蓄热功能的相变储能真空管集热器吸收太阳能光伏板底部高温空气中的热量，并加热循环空气作为热泵机组蒸发器侧的热源，热泵机组制取高温热水供给末端的热负荷，系统流程图如下图1所示。
32.具体的，请参阅图1，所述相变储能真空管集热器热泵供热系统包括太阳能光伏发电组1、相变储能真空管集热器2（图中虚线框所示）、逆变器3、热泵机组4以及末端热负荷5；所述太阳能光伏发电组1包括多个太阳能光伏板11，所有太阳能光伏板11电性连接至所述逆变器3，所述逆变器3电性连接至电网；所述热泵机组4的一侧设有蒸发器（未图示）；所述热泵机组4电性连接至所述逆变器3；所述相变储能真空管集热器2设置在所述太阳能光伏板11的下方以吸收对应的太阳能光伏板11底部高温空气中的热量，并加热循环空气作为所述热泵机组4蒸发器侧的热源；所述热泵机组4从所述逆变器3获取电能来制取高温热水并供给至所述末端热负荷5。
33.在本实施例中，所述相变储能真空管集热器2设有多个，每个所述相变储能真空管集热器2对应放置于一个太阳能光伏板11的底部。这样设置一方面可以吸收对应的太阳能光伏板11底部高温空气中的热量，另一方面可减少设置所述相变储能真空管集热器2占用的空间。
34.在本实施例中，所述相变储能真空管集热器2的位置与所述太阳能光伏板11的位
置重合，或者所述相变储能真空管集热器2的面积小于等于所述太阳能光伏板11的面积。
35.在本实施例中，所述太阳能光伏板11呈阵列式间隔排布。相应的，所述相变储能真空管集热器2也呈阵列式间隔排布。
36.具体的，请参阅图2，在本实施例中，所述相变储能真空管集热器2设有空气加热腔21以及设于所述空气加热腔21内的相变蓄热管22，所述相变蓄热管22沿所述空气加热腔21的延伸方向设置。
37.在本实施例中，所述相变蓄热管22为环形回路，所述相变蓄热管22的两端伸出所述空气加热腔21的外侧并设于所述热泵机组4蒸发器侧。所述相变蓄热管22的两端在所述热泵机组4蒸发器侧连接，在所述热泵机组4蒸发器侧释放热量，从所述太阳能光伏板11的底部吸收热量，这样依靠空气加热方式避免了采用水循环造成的能耗大以及水系统跑冒滴漏概率高的风险。不会随着运行时间增长，水系统发生跑冒滴漏是常见现象，水体软化、加药会增加系统维护成本。而且依靠空气加热方式能够有效提升热泵机组4蒸发器侧温度，保证热泵机组4生产高温热水，不会导致压缩机压比增加、热泵性能系数cop下降严重。
38.在本实施例中，所述太阳能相变储能真空管集热器2热泵供热系统还包括热水箱6；所述热泵机组4通过管路连接至所述热水箱6。所述热水箱6还能缓存所述末端热负荷5一侧的回水。
39.在本实施例中，所述末端热负荷5包括生活热水供给装置、暖气片、地板供暖装置、风机盘管和空调机组中的至少一种，增加了末端用能的灵活性和可靠性。
40.在本实施例中，所述逆变器3还电性连接至用电负载7。其中用电负载7可以为所述末端热负荷5处的用电设备。
41.在本实施例中，所述热泵机组4设有逆卡诺循环单元（未图示），所述热泵机组4通过逆卡诺循环产生热水。
42.为了便于理解，下面结合图1以光伏发电、相变储能真空管集热器2加热循环空气、热泵机组4产生高温热水这三方面做详细说明。
43.一、光伏发电
44.本供热系统生产链的第一步是光伏发电。从经济性角度考虑，优先考虑使用可再生电力驱动热泵机组4，尤其是可再生电力供应超过电网收购时数之后，使用可再生电力驱动热泵可避免电力阻塞和负电价。可再生电力间歇性、随机性特点明显，热泵机组4使用电力驱动具备快速响应能力，冷启动时间在1分钟之内。
45.二、相变储能真空管集热器加热循环空气
46.本系统生产链的第二步是相变储能真空管集热器2加热循环空气，相变储能真空管集热器2放置于太阳能光伏板11底部（图中虚线框所示），吸收热量将循环空气加热作为热泵机组4蒸发器侧的热源。由于空气温度高，热泵机组4吸热后不会产生结霜，无需像常规热泵机组4一样定时化霜。空气流动的阻力系数远小于水，因此空气循环风机的电耗远小于水循环系统，而且不容易发生跑冒滴漏，尤其较为寒冷的北方地区，一旦发生停机或没有太阳辐射时，水系统极易发生冻涨冻裂事故导致系统破坏，而空气作为循环介质可以很好克服了这一缺点。同时由于相变储能真空管集热器2带有相变材料具备蓄热功能，能够储存未完全使用的太阳能热量，大大提高真空管的集热效率及系统能源效率，同时可以平抑循环空气温度使之波动范围减小，避免太阳辐射强度较大时集热器2温度过高引起管道炸裂。
47.三、热泵机组产生高温热水
48.由于蒸发侧循环空气作为热源，热泵机组4可以产生高温热水以满足末端不同热需求。如果末端热负荷5需要较高的水温，则热泵机组4产生的热水直接供给，如果需要的水温较低，热泵机组4产生的热水与末端热负荷5侧回水混合后进行供给，从而满足不同温度的用水需求。
49.本技术实施例提供的相变储能真空管集热器热泵供热系统，为太阳能pvt热电联供系统，首先利用太阳能光伏发电，经汇流、逆变之后为热泵机组和末端负载供电，相变储能真空管集热器吸收太阳能光伏板底部的热量，将循环水加热后供给热泵机组蒸发器侧，热泵机组通过逆卡诺循环产生热水，供给末端的热用户。
50.本技术实施例通过热电联供系统，太阳能光伏发电后的热量可以充分利用，尤其在寒冷地区，可以有效提升热泵的蒸发温度，提升热泵的性能系数，因此整体上也提升了可再生能源的综合利用效率。利用光伏发电驱动热泵制热，实现了太阳能利用形式的多元化，增加了末端用能的灵活性和可靠性。
51.本技术的太阳能相变储能真空管集热器热泵系统极大提升了太阳能综合利用率，保障电力输出的同时，充分利用太阳能热量；其次，利用带蓄热功能的热管集热器加热空气作为热泵的热源，避免了寒冷地区热泵的结霜、化霜问题，使得热泵效率提高至少20%以上，同时采用热空气作为热泵热源，避免了水系统作为热泵热源带来的跑冒滴漏等严重影响系统能效和系统安全的问题；再次，由于热源侧温度提高，使得热泵冷凝侧的温度提升，在保证热泵机组性能系统cop不衰减的情景下，输出高温热媒可提供不同温度要求的末端负荷，包括但不限于生活热水供给装置、暖气片、地板供暖装置、风机盘管和空调机组等。因此，本系统提升了太阳能利用的可靠性和健壮性，为提升可再生能源利用率和节能减排做出较大的贡献。
52.以上对本技术实施例所提供的一种相变储能真空管集热器热泵供热系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例的技术方案的范围。

技术特征：

1.一种相变储能真空管集热器热泵供热系统，其特征在于，包括太阳能光伏发电组、相变储能真空管集热器、逆变器、热泵机组以及末端热负荷；所述太阳能光伏发电组包括多个太阳能光伏板，所有太阳能光伏板电性连接至所述逆变器，所述逆变器电性连接至电网；所述热泵机组的一侧设有蒸发器；所述热泵机组电性连接至所述逆变器；所述相变储能真空管集热器设置在所述太阳能光伏板的下方以吸收对应的太阳能光伏板底部高温空气中的热量，并加热循环空气作为所述热泵机组蒸发器侧的热源；所述热泵机组从所述逆变器获取电能来制取高温热水并供给至所述末端热负荷。2.如权利要求1所述的相变储能真空管集热器热泵供热系统，其特征在于，所述相变储能真空管集热器设有多个，每个所述相变储能真空管集热器对应放置于一个太阳能光伏板的底部。3.如权利要求2所述的相变储能真空管集热器热泵供热系统，其特征在于，所述相变储能真空管集热器的位置与所述太阳能光伏板的位置重合，或者所述相变储能真空管集热器的面积小于等于所述太阳能光伏板的面积。4.如权利要求1所述的相变储能真空管集热器热泵供热系统，其特征在于，所述太阳能光伏板呈阵列式间隔排布。5.如权利要求1所述的相变储能真空管集热器热泵供热系统，其特征在于，所述相变储能真空管集热器设有空气加热腔以及设于所述空气加热腔内的相变蓄热管，所述相变蓄热管沿所述空气加热腔的延伸方向设置。6.如权利要求5所述的相变储能真空管集热器热泵供热系统，其特征在于，所述相变蓄热管为环形回路，所述相变蓄热管的两端伸出所述空气加热腔的外侧并设于所述热泵机组蒸发器侧。7.如权利要求1所述的相变储能真空管集热器热泵供热系统，其特征在于，所述相变储能真空管集热器热泵供热系统还包括热水箱；所述热泵机组通过管路连接至所述热水箱。8.如权利要求1所述的相变储能真空管集热器热泵供热系统，其特征在于，所述末端热负荷包括生活热水供给装置、暖气片、地板供暖装置、风机盘管和空调机组中的至少一种。9.如权利要求1所述的相变储能真空管集热器热泵供热系统，其特征在于，所述逆变器还电性连接至用电负载。10.如权利要求1所述的相变储能真空管集热器热泵供热系统，其特征在于，所述热泵机组设有逆卡诺循环单元，所述热泵机组通过逆卡诺循环产生热水。

技术总结

一种相变储能真空管集热器热泵供热系统。该供热系统包括太阳能光伏发电组、相变储能真空管集热器、逆变器、热泵机组以及末端热负荷；所述太阳能光伏发电组包括多个太阳能光伏板，所有太阳能光伏板电性连接至所述逆变器，所述逆变器电性连接至电网；所述热泵机组的一侧设有蒸发器；所述热泵机组电性连接至所述逆变器；所述相变储能真空管集热器设置在所述太阳能光伏板的下方以吸收对应的太阳能光伏板底部高温空气中的热量，并加热循环空气作为所述热泵机组蒸发器侧的热源；所述热泵机组从所述逆变器获取电能来制取高温热水并供给至所述末端热负荷。提升了太阳能利用的可靠性和健壮性，为提升可再生能源利用率和节能减排做出较大的贡献。大的贡献。大的贡献。