一种光伏发电与二氧化碳热泵耦合的供热系统的制作方法

1.本发明属于供热技术领域，尤其涉及一种光伏发电与二氧化碳热泵耦合的供热系统。


背景技术：

2.二氧化碳热泵是采用二氧化碳作为制冷剂的热泵系统。二氧化碳热泵主要包含蒸发器、压缩机、换热器、节流装置4部分，二氧化碳作为制冷剂在4部分内循环。在蒸发器处，二氧化碳吸收外部热能，继而进入压缩机，被压缩成高温高压状态，在换热器内将热量传给水，失去热量的二氧化碳经过节流装置后，再次进入蒸发器内吸收外部热能。如此反复吸热放热，实现热能的转换和存储。
3.二氧化碳作为冷媒，具有诸多优势。二氧化碳单位容积制冷量是其他制冷剂的数倍，并具有良好的流动和传热特性，可显著减小压缩机与系统的尺寸。二氧化碳冷媒，对臭氧层几乎无破坏。co2安全无毒，不可燃，适应各种润滑油及常用机械零部件材料，即便在高温下也不分解产生有害气体。co2跨临界循环的压缩比较小，约为2.5～3.0，可以提高压缩机的运行效率，从而提高系统的性能系数。采用co2排气温度较高，可以得到更高温度的热水，55～90℃范围内可调；co2热泵可在-20℃工作，即使在严寒环境也可供应90℃热水。co2在地球上是取之不尽、用之不竭的自然物质，作为一种天然冷媒工质，凭借其环保、无毒以及优良的跨临界循环等特点，被看作是氟氯碳化物冷媒的最佳替代物。
4.常规能源在全世界范围内都是有限的，我国的一次性能源储量远远低于世界的平均水平。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有清洁、安全、广泛、长寿命和免维护、资源充足等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。与常规火电系统相比，光伏发电的优点主要体现于：
5.(1)无枯竭危险；
6.(2)安全可靠，无噪声，无污染排放外；
7.(3)不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面的优势；例如，无电地区，以及地形复杂地区；
8.(4)无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电；
9.(5)能源质量高；
10.(6)建设周期短。
11.现有技术和存在问题
12.1、二氧化碳热泵相较与其他类型热泵，在适应性、安全性、环保等多方面具有诸多优势，但与其它蒸汽压缩式热泵一样，需要电能驱动压缩机。
13.2、在偏远地区，或大型工业园区等部分地区，因电力并网不经济或技术难度大，存在局部电网未覆盖地区，在这些区域，热能利用受制于电能的供应。


技术实现要素：

14.(一)要解决的技术问题
15.针对现有存在的技术问题，本发明提供一种光伏发电与二氧化碳热泵耦合的供热系统。
16.(二)技术方案
17.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
18.一种光伏发电与二氧化碳热泵耦合的供热系统，包括：二氧化碳热泵机构、光伏发电机构、蓄热装置和供热机构；
19.所述供热机构与所述二氧化碳热泵机构连接，用以为所述二氧化碳热泵机构提供热能；
20.所述光伏发电机构与所述二氧化碳热泵机构连接，用以为所述二氧化碳热泵机构提供电能；
21.所述二氧化碳热泵机构与所述蓄热装置连接，用以为所述蓄热装置输送热能；
22.所述蓄热装置与用户设备连接，用以为用户设备提供热能；
23.所述光伏发电机构位于电网未覆盖区域；
24.所述蓄热装置能够在白天蓄热；
25.所述蓄热装置能够在白天和夜间不间断为用户设备提供热能。
26.优选地，所述二氧化碳热泵机构包括：蒸发器、压缩机、换热器、节流装置和管道组件；
27.所述管道组件包括：第一管道、第二管道、第三管道和第四管道；
28.所述蒸发器的一侧与所述第一管道的一端连接；
29.所述第一管道的另一端与所述压缩机的一侧连接；
30.所述压缩机的另一侧与所述第二管道的一端连接；
31.所述第二管道的另一端与所述换热器的一侧连接；
32.所述换热器的另一侧与所述第三管道的一端连接；
33.所述第三管道的另一端与所述节流装置的一侧连接；
34.所述节流装置的另一侧与所述第四管道的一端连接；
35.所述第四管道的另一端与所述蒸发器的另一侧连接；
36.二氧化碳能够在所述蒸发器、所述压缩机、所述换热器、所述节流装置和所述管道组件之间往复循环输送热量。
37.优选地，所述换热器与所述蓄热装置之间热交换连接；
38.所述换热器能够将热量交换输送至所述蓄热装置内。
39.优选地，所述蓄热装置包括：蓄热总站、水循环管道和热交换组件；
40.所述蓄热总站和所述热交换组件均设置在所述水循环管道上。
41.优选地，所述热交换组件与所述换热器热交换连接；
42.所述热交换组件获取的热量能够通过水循环至所述蓄热装置处。
43.优选地，所述蓄热装置还包括：供热管道；
44.所述供热管道的一端连接所述蓄热总站，另一端连接用户设备；
45.所述蓄热总站能够借助于所述供热管道向用户设备提供热能。
46.优选地，所述光伏发电机构与所述压缩机连接，用以为所述压缩机提供工作需要的电能；
47.所述光伏发电机构包括：太阳能电池组、充放电控制器、逆变器和交流配电柜；
48.所述太阳能电池组与所述充放电控制器连接；
49.所述充放电控制器与所述逆变器连接；
50.所述逆变器与所述交流配电柜连接；
51.所述交流配电柜与所述压缩机连接。
52.优选地，所述光伏发电机构还包括：太阳跟踪装置；
53.所述太阳跟踪装置与所述交流配电柜连接；
54.所述太阳能电池组设置在所述太阳跟踪装置上。
55.优选地，所述供热机构提供的热能为空气能、太阳能、低热能和余热能的任一种。
56.优选地，还包括检测预警机构；
57.所述检测预警机构与所述交流配电柜连接；
58.所述检测预警机构包括：压力检测单元、温度检测单元、控制单元和警报单元；
59.所述压力检测单元包括多个压力传感器；
60.多个所述压力传感器分布在所述管道组件上，用以检测管道组件内的压强；
61.多个所述压力传感器均与所述控制单元连接；
62.所述温度检测单元包括多个温度传感器；
63.多个所述温度传感器分布在所述管道组件上，用以检测所述管道组件内的温度；
64.多个所述压力传感器均与所述控制单元连接；
65.所述控制单元与所述警报单元连接；
66.所述警报单元能够发出预警信息；
67.所述预警信息至少包括：警报声音信息和警报灯光信息。
68.(三)有益效果
69.本发明的有益效果是：
70.本技术将光伏发电系统与二氧化碳热泵系统耦合，解决了二氧化碳热泵配套用电问题。
71.本技术可扩大二氧化碳热泵应用范围，不受地域条件限制，充分发挥二氧化碳热泵的灵活性。
72.本技术中太阳能和二氧化碳冷媒均在自然界中极易获取，系统供热规模受其它因素影响小，能极大的满足外界用热需求。
附图说明
73.图1为本发明提供的一种光伏发电与二氧化碳热泵耦合的供热系统的结构示意图。
具体实施方式
74.为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
75.如图1所示：本实施例中公开了一种光伏发电与二氧化碳热泵耦合的供热系统，包括：二氧化碳热泵机构、光伏发电机构、蓄热装置和供热机构。
76.该供热机构与所述二氧化碳热泵机构连接，用以为所述二氧化碳热泵机构提供热能；所述光伏发电机构与所述二氧化碳热泵机构连接，用以为所述二氧化碳热泵机构提供电能。
77.所述二氧化碳热泵机构与所述蓄热装置连接，用以为所述蓄热装置输送热能；所述蓄热装置与用户设备连接，用以为用户设备提供热能；所述光伏发电机构位于电网未覆盖区域。
78.详细地，该蓄热装置能够在白天蓄热；所述蓄热装置能够在白天和夜间不间断为用户设备提供热能。
79.本实施例中的二氧化碳热泵机构包括：蒸发器、压缩机、换热器、节流装置和管道组件。所述管道组件包括：第一管道、第二管道、第三管道和第四管道；所述蒸发器的一侧与所述第一管道的一端连接；所述第一管道的另一端与所述压缩机的一侧连接；所述压缩机的另一侧与所述第二管道的一端连接；所述第二管道的另一端与所述换热器的一侧连接；所述换热器的另一侧与所述第三管道的一端连接；所述第三管道的另一端与所述节流装置的一侧连接；所述节流装置的另一侧与所述第四管道的一端连接；所述第四管道的另一端与所述蒸发器的另一侧连接；二氧化碳能够在所述蒸发器、所述压缩机、所述换热器、所述节流装置和所述管道组件之间往复循环输送热量。
80.应说明的是：该述换热器与所述蓄热装置之间热交换连接；所述换热器能够将热量交换输送至所述蓄热装置内。
81.这里将光伏发电系统与二氧化碳热泵系统耦合，解决了二氧化碳热泵配套用电问题。还可扩大二氧化碳热泵应用范围，不受地域条件限制，充分发挥二氧化碳热泵的灵活性。
82.本实施例中所述蓄热装置包括：蓄热总站、水循环管道和热交换组件；所述蓄热总站和所述热交换组件均设置在所述水循环管道上。该蓄热装置能够在白天蓄热；所述蓄热装置能够在白天和夜间不间断为用户设备提供热能。
83.本实施例中所述热交换组件与所述换热器热交换连接；所述热交换组件获取的热量能够通过水循环至所述蓄热装置处。
84.本实施例中所述的蓄热装置还包括：供热管道；所述供热管道的一端连接所述蓄热总站，另一端连接用户设备；所述蓄热总站能够借助于所述供热管道向用户设备提供热能。该供热管道可设置供热控制系统，用以控制热量高效有序地供给多个用户的设备。
85.本实施例中所述光伏发电机构与所述压缩机连接，用以为所述压缩机提供工作需要的电能；所述光伏发电机构包括：太阳能电池组、充放电控制器、逆变器和交流配电柜。所述太阳能电池组与所述充放电控制器连接；所述充放电控制器与所述逆变器连接；所述逆变器与所述交流配电柜连接；所述交流配电柜与所述压缩机连接。
86.本实施例中所述光伏发电机构还包括：太阳跟踪装置；所述太阳跟踪装置与所述交流配电柜连接；所述太阳能电池组设置在所述太阳跟踪装置上。
87.该太阳跟踪装置能够保持太阳能电池组随时正对太阳，让太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置，用以显著提高太阳能光伏组件的发电效率。
88.本实施例中供热机构提供的热能为空气能、太阳能、低热能和余热能的任一种。
89.本实施例中提供的光伏发电与二氧化碳热泵耦合的供热系统还包括检测预警机构。所述检测预警机构与所述交流配电柜连接；所述检测预警机构包括：压力检测单元、温度检测单元、控制单元和警报单元。
90.该压力检测单元包括多个压力传感器；多个所述压力传感器分布在所述管道组件上，用以检测管道组件内的压强；多个所述压力传感器均与所述控制单元连接；所述温度检测单元包括多个温度传感器；多个所述温度传感器分布在所述管道组件上，用以检测所述管道组件内的温度。
91.多个所述压力传感器均与所述控制单元连接；所述控制单元与所述警报单元连接；所述警报单元能够发出预警信息；所述预警信息至少包括：警报声音信息和警报灯光信息。
92.该检测预警机构能够保障整个供热系统的安全运行，避免安全事故的发生，进而造成生命财产损失。
93.本实施例中通过光伏发电与二氧化碳热泵耦合，充分发挥光伏发电不受地域限制的灵活性，为二氧化碳热泵提供电能保障，扩大二氧化碳热泵的应用范围。
94.光伏发电受气象条件影响，呈现白天电能多，夜间电能少的特性，故为二氧化碳热泵配套蓄热装置，利用日间电量制热蓄热，夜间采用蓄热热能。
95.本实施例中将光伏发电系统与二氧化碳热泵系统耦合，解决了二氧化碳热泵配套用电问题。
96.本实施例中可扩大二氧化碳热泵应用范围，不受地域条件限制，充分发挥二氧化碳热泵的灵活性。
97.本实施例中太阳能和二氧化碳冷媒均在自然界中极易获取，系统供热规模受其它因素影响小，能极大的满足外界用热需求。
98.以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。