一种太阳能光伏光热一体化联合空气源热泵供暖系统的制作方法

本实用新型属于暖通空调技术领域，具体涉及一种太阳能光伏光热一体化联合空气源热泵供暖系统。

背景技术：
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近年来，能源匮乏问题日益严峻，各国都在纷纷寻求并拓展更丰富、更稳定的可持续能源来源，如太阳能、风能、潮汐能等。此外，我国雾霾污染频频爆发，程度愈加严重，不仅影响居民的身体健康及交通的安全通畅，也给社会生产和生活带来了重大负面影响。而燃煤供暖造成的污染排放是导致雾霾最主要的原因之一。

而太阳能光伏光热技术一方面利用光伏组件进行发电，供用户利用；另一方面回收光伏组件背面产生的热能，同时产生电和热两种效益，极大的提高了太阳能的综合利用效率。然而，受某些自然因素影响，例如地理位置、昼夜交替以及季节变化等，太阳能又表现出明显的稀薄性、间歇性和不稳定性，在能源的转换和利用过程中，很容易存在着供求之间在时间和空间上不匹配的矛盾，这些缺陷对它的高效利用造成了很大的限制。而其在建筑负荷上的影响尤为突出。

空气源热泵以空气作为低温热源，通过少量高位电能驱动，将空气中的低位热能提升成高位热能加以利用的装置，是重要的采暖和生活热水设备之一。近年来受到广泛关注，在我国北方地区作为‘煤改电’项目的首选产品。然而，在环境温度较低时，空气源热泵容易结霜，导致系统制热效率下降，性能系数减小，甚至停机工作，导致系统无法运行，严重影响了采暖效果。

而太阳能与空气源热泵联合供暖，可以弥补太阳辐射不充足时太阳能系统部分产生的热水温度，同时在温度比较低的工况下空气源热泵系统部分能够利用太阳能系统获得的辐射热改善自身的热性能，两者结合充分利用各自优势来到达更加节能环保的目的

然而，传统的太阳能与空气源热泵联合供暖，在空气热泵除霜，通常以水箱中的热水为热源，从水箱内吸收热量进行逆循环除霜，导致水箱内的水温波动，影响采暖效果，同时未充分利用太阳能，致使能源浪费。

纵观国内外研究现状，太阳能与空气源热泵联合供暖技术有了很大的改进，但在实际运行过程中性能仍然难以令人满意，且在低温环境下系统的稳定性也亟需解决。

技术实现要素：
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本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种太阳能光伏光热一体化联合空气源热泵供暖系统。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案来实现：

一种太阳能光伏光热一体化联合空气源热泵供暖系统，包括空气源热泵系统和太阳能光伏光热系统；其中，

空气源热泵系统包括压缩机，压缩机出口分为两路，一路经第一电磁阀与水箱冷凝盘管入口连接，冷凝盘管出口与第二电磁阀连接，另一流路经第三电磁阀与相变蓄热装置制冷剂侧入口连接，相变蓄热装置制冷剂侧出口与第二电磁阀出口连接之后与电子膨胀阀入口连接，电子膨胀阀出口与蒸发器入口连接，蒸发器出口与压缩机入口连接；

太阳能光伏发电系统包括太阳能光伏光热板光伏侧出口与光伏组件入口连接，光伏组件出口与压缩机接线口连接；太阳能光伏光热板光热侧出口分为两路，一路经第四电磁阀与水箱水侧入口连接，水箱水侧出口与第一变频水泵入口连接，另一路经第五电磁阀与相变蓄热装置水侧入口连接，相变蓄热装置水侧出口经第二变频水泵与第一水泵出口连接，第一变频水泵和第二变频水泵出口与太阳能光伏光热板光热侧入口连接。

本实用新型进一步的改进在于，压缩机入口和出口分别设有高压保护器和低压保护器。

本实用新型进一步的改进在于，压缩机入口和出口设有四通换向阀。

本实用新型进一步的改进在于，光伏组件包括汇流箱、逆变器、控制器和蓄电池；太阳能电池组件产生的电能依次经汇流箱、控制器存储于蓄电池内，经逆变器，将直流电转化为交流电供压缩机使用。

本实用新型进一步的改进在于，相变蓄热装置内设置有用于监测相变材料温度变化的温度传感器，温度传感器的输出端连接至控制器，控制器的输出端分别连接至第一电磁阀的控制端、第二电磁阀的控制端、第三电磁阀的控制端和第二变频水泵的控制端，用于控制第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀开关以及调节第二变频水泵。

本实用新型进一步的改进在于，水箱的内设有监测水温变化的温度传感器，温度传感器输出端连接至控制器，控制器的输出端分别连接至第一变频水泵的控制端，用于调节第一变频水泵的频率。

相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型实现了太阳能和空气能两种可再生能源的同时利用，使系统更加节能环保。

(2)本实用新型通过各个单一系统之间的集成，兼具太阳能光伏、光热和空气能综合利用能给力，同时又对单一系统进行互补，弥补各自系统的缺陷，极大地提高了系统的能源利用效率。

(3)在太阳能辐射强度较强时，充分利用太阳能光伏光热板发电并提供热水，显著提高了太阳能的利用效率。

(4)在太阳能辐射强度较低时，以空气源热泵作为辅助装置提供热水，弥补了太阳能间歇性和不稳定性。

(5)在太阳能辐射强度较低时，本实用新型通过利用相变蓄热装置储存产生的热量，使其作为除霜模式下的低温热源，避免了传统系统逆循环除霜时以水箱中的热水为低温热源而造成水温波动，提高了系统的供热效率，充分利用了低辐射强度下的太阳能。

(6)本实用新型可以实现多种不同的运行模式，能够更好地满足用户对供热和生活热水的需求，而且是实现了系统全年运行，提高了设备的年利用率。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型太阳能供热模式的工作原理图；

图3为本实用新型空气源热泵供热模式的工作原理图；

图4为本实用新型空气源热泵除霜模式的工作原理图

图中：1为压缩机、2为压缩机接线口、3为高压保护器、4为四通换向阀、5为第一电磁阀、6为水箱、7第二电磁阀、8为第三电磁阀、9为相变蓄热装置、10为电子膨胀阀、11为蒸发器、12为低压保护器、13为太阳能光伏光热板、14为第四电磁阀、15为第一变频水泵、16为第五电磁阀、17为第二变频水泵、18为光伏组件、a为冷凝盘管出口、b水侧入口、c水侧出口、d冷凝盘管入口。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

参见图1，本实用新型提供的一种太阳能光伏光热一体化联合空气源热泵供暖系统，包括空气源热泵系统和太阳能光伏光热系统，空气源热泵系统包括压缩机1，压缩机1出口分为两路，一路经第一电磁阀5与水箱6冷凝盘管入口d(冷凝盘管缠绕在水箱内胆外壁或浸入在水中)连接，冷凝盘管出口a与第二电磁阀7连接，另一流路经第三电磁阀8与相变蓄热装置9制冷剂侧入口连接，相变蓄热装置9制冷剂侧出口与第二电磁阀7出口连接之后与电子膨胀阀10入口连接，电子膨胀阀10出口与蒸发器11入口连接，蒸发器11出口与压缩机1入口连接。

太阳能光伏光热系统包括太阳能光伏光热板13光伏侧出口与光伏组件18入口连接，光伏组件18出口与压缩机接线口2连接。太阳能光伏光热板13光热侧出口分为两路，一路经第四电磁阀14与水箱6水侧入口b连接，水箱6水侧出口c与第一变频水泵15入口连接。另一路经第五电磁阀16与相变蓄热装置9水侧入口连接，相变蓄热装置9水侧出口经第二变频水泵17与第一水泵15出口连接，第一变频水泵15和第二变频水泵17出口与太阳能光伏光热板13光热侧入口连接。

本实用新型在压缩机1入口和出口分别设有高压保护3和低压保护装置12。

本实用新型在压缩机1入口和出口设有四通换向阀4，用于除霜时改变制冷剂环路。

本实用新型在相变蓄热装置9内设置有用于监测相变材料温度变化的传感器，用于控制第一电磁阀5、第二电磁阀7和第三电磁阀8开关以及调节第二变频水泵17。

本实用新型在水箱6的内设有监测水温变化的温度传感器，用于调节第一变频水泵15的频率。

以下为太阳能发电供热模式、太阳能发电兼空气源热泵供热模式和太阳能发电兼空气源热泵除霜模式的具体流程。

太阳能发电兼供热模式参见图2：太阳能光伏光热板13产生的电能通过蓄电池储存起来，在太阳能辐射较低时，经逆变器转换为AC220V，供给压缩机利用。

太阳能供热模式：空气源热泵不工作，太阳能循环侧第五电磁阀16关闭，第四电磁阀14打开。冷水经第一变频水泵15进入太阳能光伏光热板13，水被加热后经第四电磁阀14流入储热水箱6，完成太阳能供热模式。

空气源热泵供热模式参见图3：太阳能循环：第四电磁阀14关闭，第五电磁阀16打开。太阳能光伏光热板13产生的电经光伏组件18转换为AC220V供压缩机利用。产生的热水与相变蓄热装置9进行热交换，将热量存在相变蓄热装置9内。

空气源热泵循环：第二电磁阀8关闭，第一电磁阀5打开。制冷剂经压缩机1压缩为高温高压的气体，在水箱6内经冷凝器与水换热，加热热水，冷却后的制冷剂经电子膨胀阀10节流降压，在蒸发器11内蒸发吸热，最后回到压缩机1。

空气源热泵除霜模式参见图4：太阳能侧循环同空气源热泵供热模式。空气源热泵循环，第一电磁阀5关闭，第二电磁阀8打开。制冷剂经压缩机1压缩为高温高压的气体，经四通换向阀4改变环路后，在蒸发器11内冷凝放热，加热蒸发器盘管进行化霜。之后经电子膨胀阀10节流降压，在相变蓄热装置9内蒸发吸热，最后回到压缩机1。

本实用新型的特点在于：

1)在太阳辐射强度较强时，利用太阳能光伏发电，并储存在蓄热电池内，在太阳辐射强带较弱时，发电量较低，此时可将存储的电量经光伏组件18转换为AC220供压缩机利用。

2)在太阳辐射强度较强时，利用太阳产生的热能进行供热，同时提交高了光伏板的光电转化效率。

3)在太阳能辐射强度较弱时，以空气源热泵为主要装置对其进行供热，同时利用太阳能产生电能供热泵机组利用，产生的热能储存在相变蓄热装置9内，作为空气源热泵除霜模式下的低温热源，充分利用了太阳能，提高了系统的综合利用性能。

4)在空气源热泵结霜时，以相变蓄热装置9储存的热量为低温热源，对蒸发器进行化霜，避免了传统系统逆循环除霜时以水箱中的热水为低温热源而造成水温波动，影响供暖效果。