一种光能、风能和地热能互补热泵系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光能、风能和地热能互补供能技术领域，特别是一种光能、风能和地热 能互补热泵系统。
【背景技术】
[0002] 能源是现代社会存在和发展的基石。随着全球经济社会的不断发展，能源消费也 相应的持续增长。随着时间的推移，化石能源的稀缺性越来越突显，且这种稀缺性也逐渐在 能源商品的价格上反应出来。在化石能源供应日趋紧张的背景下，大规模的开发和利用可 再生能源已成为各国能源战略中的重要组成部分。
[0003] 传统的燃煤、燃油、燃气等供能模式，存在运营成本高、污染性大、安全性不高、使 用寿命有限的技术问题。利用新能源供热包括太阳能板、地热能热泵(包括地源热泵和水源 热泵)、光-热泵、风-光热泵等几种形式。单一形式的光能、风能和地热能等新型清洁能源 供能存在波动性大、稳定性差、利用率不高、供能终端利用率不高等弊端。
[0004] 太阳能应用包括光伏发电和光伏发热，光伏发电包括光伏电站和分布式发电；光 伏发热包括太阳能热水器、真空管式集热器、板式集热器等。这种供热模式优点在于属于清 洁能源且储量接近于无限，缺点在于由太阳经角变化和地理条件变化产生光照时间和强度 变化很大，造成其稳定性差、其波动性大、应用条件要求较高，转化效率受环境影响较大。 [0005] 地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源(通常小于400米深）作为冷热源，进行 能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能（Earth Energy)，是指地表 土壤、地下水或河流、湖泊地热热泵是一种利用浅层地热资源的既可供热又可制冷的高效 节能空调设备。
[0006] 地源热泵是在采暖季通过热泵提取土壤中的热量作为低位热源，通过热泵提升为 高位热源再通过换热器供室内取暖；夏季提取地下水中的热量作为低位热源，通过热泵系 统与室内空气进行换热供室内制冷，同时补充采暖季从地下取走的热量，保证地下能量平 衡。其优点在于最大限度的利用清洁地下能源，对环境没有任何污染，较传统供热而言节能 30%以上，全自动运行，运行维护费用低；其缺点是施工条件要求高，一次性投入大。
[0007] 水源热泵是利用了地球表面浅层水源(一般在1000米以内），如地下水、地表的河 流、湖泊和海洋，中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。水源是地球表面浅层水源的 简称。水源的温度一般都十分稳定。水源热泵技术的工作原理就是：通过输入少量高品位 能源(如电能)，实现低温位热能向高温位转移。水体分别作为冬季热泵供暖的热源和夏季 空调的冷源，即在夏季将建筑物中的热量"取"出来，释放到水体中去，由于水源温度低，所 以可以高效地带走热量，以达到夏季给建筑物室内制冷的目的；而冬季，则是通过水源热泵 机组，从水源中"提取"热能，送到建筑物中采暖。
[0008] 光-热泵技术是综合光-热、地热能热泵技术，采用真空管式/板式集热器产生的 热能作为系统热源之一，与地热能的低位热源互补供热，实现节能降耗。其优点是双能源互 补，降低单一的地热能热泵装机功率和打井数量，实现节能降耗；其主要缺点表现为光-热 转化波动性大，需要并网取电驱动热泵，综合利用率较高。
[0009] 风-光热泵技术是基于风-电和光-热技术发展而来的一项新技术，该技术主 要是应用光-热技术进行集热，储存到蓄热水箱，再通过循环系统换热对室内进行供热。 风-电技术应用是在无光照条件下风能转化成电能，电能再转化成热能进行集热，是对 光-热转化的一种补充。其优点是风-电技术的引进在一定程度上解决了在无光照条件下 光-热无转化的劣势；其缺点是单一制热，在连续无光照条件下效果差需要电网取电补充 且耗电量较高，波动性较大，稳定性一般。
[0010] 迄今为止，只有光能和风能的二源合一的热泵系统。尚且未有一种光能、风能和地 热能三源合一的热泵系统。
【发明内容】
[0011] 为了解决已有技术存在的问题，本发明提供一种光能、风能和地热能互补热泵系 统。本发明提供一种光能、风能和地热能互补热泵系统是三源合一的热泵系统。本发明的 地热能包括地能和地表浅层水源的低温位热能，地表浅层水源简称水源。本发明涉及的三 源是指光能、风能和地热能；三源合一是指光能、风能和地热能有机结合在一起，综合利用。 本发明提供一种光能、风能和地热能互补热泵系统有效解决高寒环境温差大、全年日照不 均、热损耗高、转换效率低、施工难度大等技术难点，且具有复合性和多功能性，是新能源供 热发展的重要方向。
[0012] 本发明提供一种光能、风能和地热能互补热泵系统包括国家电网、上网电表、交流 箱、逆变器、直流箱、下网电表、风机、太阳能板、换热器、地源或水源井、热泵、智能控制系统 和终端；风机和光伏板均与直流箱连接，直流箱与逆变器、交流箱、上网电表顺次连接，上网 电表与国家电网连接，下网电表分别与国家电网、换热器、热泵、智能控制系统连接，风机与 光伏板、智能控制系统分别连接，光伏板与换热器、智能控制系统分别连接，换热器与地源 或水源井、智能控制系统连接，终端与热泵、智能控制系统分别连接；热泵与智能控制系统 连接；终端为用户，用户有N i个，i为等于或大于1的正整数；所述的热泵系统充注R290作 为循环工质，循环管路内工质的循环均通过循环泵作为动力源； 所述的光伏板由顺次连接的单向自洁玻璃、第一高硼硅超透单向滤膜玻璃、第二高硼 硅超透单向滤膜玻璃、光伏电池片、第一铅导热片、流体导管、第二铅导热片、纳米碳纤维发 热层、保温层和底板构成；所述的流体导管是碳纳米管或盘旋状的铜管； 太阳光入射到光伏板后，经自洁玻璃透过第一高硼硅超透单向滤膜玻璃、第二高硼硅 超透单向滤膜玻璃到电池片进行光-电转化发电；此时，第一高硼硅超透单向滤膜玻璃、第 二高硼硅超透单向滤膜玻璃分别会有一定量的光反射到洁玻璃、第一高硼硅超透单向滤膜 玻璃，由于洁玻璃、第一高硼硅超透单向滤膜玻璃、第二高硼硅超透单向滤膜玻璃均为单向 玻璃，所以反射光再次透过第二高硼硅超透单向滤膜玻璃到电池片进行光-电转化发电， 产生的直流电经直流箱整合至逆变器转化为交流电进入交流箱升压，经上网电表对上网电 计量，向国家电网供电;从国家电网下载电能，由下网电表行计量后供应系统中相关器件使 用； 所有入射光除去光-电转化的特定波段的光，其他波段的光均透过电池片进入铅导热 片进行光-热转化成热；第一铅导热片将光-热转化成的热传递给流体导管； 风机通过风-电转化产生的直流电，经直流箱整合至逆变器转化为交流电，进入交流 箱升压，经上网电表对上网电计量，向国家电网供电;另一方面，风机还与光伏板中的纳米 碳纤维发热层连接，利用风机的风-电转化产生的直流电驱动光伏板中的纳米碳纤维发热 层发热，经第二铅导热片吸收后将热传递给流体导管，然后进入换热器作为的热泵的低位 热源供系统使用； 流体导管将传递来的所有的热送到换热器，然后作为低位热源供给热泵；同时，流体导 管带走热量，还能对光伏板中的电池片进行相对恒温冷却，以保证电池片的最佳发电效率 的温度;该电池片的最佳发电效率的温度优选为28°C。
[0013] 本发明的光伏板之所以为两层高硼硅超透单向滤膜玻璃，即第一高硼硅超透单向 滤膜玻璃、第二高硼硅超透单向滤膜玻璃，是经过科学实验的结果。
[0014] 经过对本发明的光伏板的不同结构做对比试验：光伏板的结构为单层高硼硅超透 单向滤膜玻璃、或为两层高硼硅超透单向滤膜玻璃，或为层高硼硅超透单向滤膜玻璃，其余 的结构相同，同时将它们置于同一地点的室外，经过相同时间测量，光伏板为两层高硼硅超 透单向滤膜玻璃，光-热吸收转化热能效果最好。其机理尚待进一步研宄。
[0015] 此外，本发明的光伏板的结构较普通光伏板的结构差异在于：普通光伏板的顶 层只有一层玻璃，为自洁玻璃或增透玻璃；一层EVA-乙烯-醋酸乙烯聚合物，增加耐水性、 腐蚀性；一层电池片；一层TPT的背板保护材料；一层底板。
[0016] 因为本发明是一种光能、风能和地热能互补热泵系统。本发明的光伏板由于在 光-电转化发电的同时还要进行光-热转化和吸收，即在保证光伏板最优发电温度下取得 最大发电量，同时发电产生的余热和光-热转化直接吸收的不进行光-电转化的频率的光 能转化为热能，把它们富集起来作为系统低位热源使用。所以本发明的光伏板既要光-电 转化发电的效率要高，又要求光-热转化热量产生效率要高。
[0017] 风机通过风-电转化产生的直流电，经直流箱整合至逆变器转化为交流电，进入 交流箱升压，经上网电表对上网电计量，向国家电网供电;另一方面，如前所述，风机还与光 伏板中的纳米碳纤维发热层连接，利用风机的风-电转化产生的直流电驱动光伏板中的纳 米碳纤维发热层发热，经铅导热片吸收后将热传递给流体导管，然后进入换热器作为系统 的低位热源，供系统使用。
[0018] 所述的热泵包括蒸发器、换向阀、压缩机、节流装置和冷凝器；蒸发器与换向阀、冷 凝器、节流装置顺次连接，节流装置与蒸发器连接，压缩机与换向阀连接；换热器与压缩 机连接； 从地源或水源井提取热量，通过循环管路进入换热器，与光伏板中电池片进行光-电 转化发电时产生的余热、光伏板直接进行光-热转化吸收所产生的热量、利用风机的风-电 转化产生的直流电驱动光伏板中的纳米碳纤维发热层产生的热量一起进入换热器作为热 泵的低位热源； 在夏季空调降温时，换向阀转向制冷工作位置，由压缩机排