基于热力学逆循环的太阳能发电系统保障装置的制作方法

1.本实用新型涉及光伏发电技术领域，特别涉及一种基于热力学逆循环的太阳能发电系统保障装置。


背景技术：

2.我国宣布二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和，这意味着我国产业结构、能源结构、生产生活方式需要发生深刻转变。太阳能光伏发电是实现碳达峰、碳中合的重要途径之一。太阳能光伏发电是一种利用半导体材料的光伏效应直接将太阳能转换成电能的技术，设备由太阳能电池阵列、控制器、电池组、dc/ac逆变器等组成。太阳能电池板是该系统的核心部分，对于系统的发电效率至关重要。然而日常状况下，诸多因素会影响太阳能电池板的发电效率，致使太阳能发电装置效率较低，主要有以下几个方面：（1）空气中的灰尘在太阳能电池板表面汇集阻碍了其对太阳的吸收总量，降低了太阳能发电系统的效率；（2）寒冷冬季太阳能电池板表面容易结霜，对霜层的融化减少了太阳能电池板的有效发电时间；（3）夏季高温工况下太阳能电池板部分区域容易温度过高，导致太阳能电池板发电效率显著降低。总体而言，太阳能电池板的整体发电效率有进一步提升空间，因此设计一种太阳能发电系统的保障装置，对于提高太阳能发电系统的整体效率至关重要。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本实用新型提供一种具备表面清洁、温度调节和除冰功能且自动化程度高基于热力学逆循环的太阳能发电系统保障装置。
4.本实用新型采用的技术方案是：
5.一种基于热力学逆循环的太阳能发电系统保障装置，包括热力学逆循环系统和水循环系统；
6.所述热力学逆循环系统包括压缩机、四通换向阀、第一换热器、第二换热器；其中，所述四通换向阀包括四个接口，所述压缩机的排气口、吸气口、第一换热器一侧接口、第二换热器一侧接口分别与一个接口连接，第一换热器、第二换热器另一侧接口相互连接，第一换热器、第二换热器之间连接管路上设置有毛细节流管；
7.所述水循环系统包括水箱、集水槽、过滤器和循环泵；所述水箱设置于太阳能板顶部，所述集水槽设置于太阳能板底部；所述水箱内设置有第二换热器，所述水箱侧壁设置有可开闭的出水口。
8.所述的基于热力学逆循环的太阳能发电系统保障装置，其特征是：所述水循环系统中还设置有过滤器。
9.所述的基于热力学逆循环的太阳能发电系统保障装置，其特征是：所述过滤器设置于循环泵吸水口一侧，过滤器与循环泵吸水口之间设置有储水罐。
10.所述的基于热力学逆循环的太阳能发电系统保障装置，其特征是：所述储水罐设
置有保温层。
11.所述的基于热力学逆循环的太阳能发电系统保障装置，其特征是：所述水箱侧壁安装有循环风机。
12.所述的基于热力学逆循环的太阳能发电系统保障装置，其特征是：所述第二换热器在所述水箱内有两个设置位，分别为冷凝设置位和温控设置位，其中，冷凝设置位与风机安装孔平齐，温控设置位相较冷凝设置位更低。
13.所述的基于热力学逆循环的太阳能发电系统保障装置，其特征是：所述太阳能板、集水槽各自匹配有温度传感器，所述水箱、储水罐各自匹配有液位传感器。
14.所述的基于热力学逆循环的太阳能发电系统保障装置，其特征是：所述储水罐底部设置有过滤网。
15.所述的基于热力学逆循环的太阳能发电系统保障装置，其特征是：所述水箱顶部安装有电机减速器，所述第二热交换器通过缠绕于转盘上的吊绳挂接于水箱内，所述转盘由所述电机减速器驱动。
16.所述的基于热力学逆循环的太阳能发电系统保障装置，其特征是：所述出水口处匹配有水口自动开闭装置，所述水口自动开闭装置包括相互套接的外套管、内套管，外套管固定安装于水箱内，管壁设置有第一流道，第一流道与出水口连通，所述内套管设置有第二流道，第二流道两侧水口与第一流道匹配；所述电机减速器匹配有离合器，离合器量输出轴分别驱动转盘和内套管。
17.本实用新型具备如下有益效果：
18.（1）利用热力学逆循环系统的制冷功能从空气中捕捉水分，可以大幅减少清洁用水的使用量，有利于解决干旱地区太阳能发电厂水资源匮乏的问题。
19.（2）装置能够同时实现太阳能发电系统的清洁、降温和除霜功能，在有效提高发电效率的同时大幅减少了其他硬件设施和人工的投入。
20.（3）装置能够利用太阳能电池板发电高峰期电量为自身供能，整个系统可以实现自维持、自动化运行，有效减少了人工投入。
附图说明
21.图1为本实用新型连接结构示意图；
22.图2为本实用新型水箱结构示意图；
23.图3为本实用新型控制连接结构示意图；
24.图4为本实用新型水箱安装结构主视图；
25.图5为本实用新型水箱安装结构左视图；
26.图6为本实用新型水口开闭装置结构示意图。
27.图中：1-压缩机，
28.2-四通换向阀，21-第一接口，22-第二接口，23-第三接口，24-第四接口，
29.3-第一换热器，4-毛细节流管，
30.5-第二换热器，51-转盘，52-连接绳，
31.6-循环风机，
32.7-水箱，71-电机减速器，72-离合器，
33.8-出水口，81-外套管，82-内套管，83-第一流道，84-第二流道，
34.9-太阳能板，10-集水槽，11-过滤器，12-循环泵，13-蓄电池，14-储水罐，15-第一温度传感器，16-第二温度传感器，17-第一液位传感器，18-第二液位传感器，19-plc控制器。
具体实施方式
35.如图1所示，一种基于热力学逆循环的太阳能发电系统保障装置，包括热力学逆循环系统和水循环系统；热力学逆循环系统包括压缩机1、四通换向阀2、第一换热器3、第二换热器5，循环系统中充有制冷剂；其中，四通换向阀2包括第一接口21、第二接口22、第三接口23、第四接口24，压缩机1排气口连接第一接口，压缩机1吸气口连接第二接口、第一换热器一侧接口连接第三接口、第二换热器一侧接口连接第四接口，第一换热器、第二换热器另一侧接口相互连接。
36.水循环系统包括水箱7、集水槽10、过滤器11、储水罐14和循环泵12；水箱7设置于太阳能板9顶部，集水槽10设置于太阳能板9底部，循环泵12吸水口连接储水罐14，排水口连接水箱7，集水槽10底部设置有过滤网，用于初级过滤，集水槽10之后依次连接过滤器11和储水罐14。储水罐14设置有保温层，避免其内部结冰。
37.如图2所示，水箱内设置有第二换热器5，水箱侧壁内安装有循环风机6，水箱朝向太阳能板一侧的端壁设置有可开闭的出水口8。第二换热器5有两个设置位，图中为位于上方的冷凝设置位，冷凝设置位于风机安装孔位置平齐；冷凝设置位下方为温控设置位。
38.太阳能板9匹配有第一温度传感器15，水箱1匹配有第二温度传感器16和第一液位传感器17，储水罐14匹配有第二液位传感器18。如图3所示，plc控制器19的信号输入端连接第一温度传感器15、第二温度传感器16、第一液位传感器17、第二液位传感器18信号输出端，plc控制器19的信号输出端连接压缩机1、四通换向阀2、循环风机6、循环泵12、电机减速器51、离合器控制端口52。
39.如图4所示，水箱7顶部安装有电机减速机71、离合器72。水箱内侧顶部安装有两个转盘51，两个转盘同轴连接，每个转盘缠有吊绳52，第二换热器5由吊绳52挂接。
40.如图4-6所示，出水口8在水箱7面向太阳能板一侧端壁靠下位置横向排列，水箱7内安装有相互套接的外套管81和内套管82，外套管81焊接于水箱内，其管壁开设有第一流道83，第一流道83与外侧的出水口连通，内套管设置有第二流道84。第一流道与第二流道数量、位置与各个出水口位置相匹配，对应同一水口的第一流道、第二流道横向位置相对应。
41.如图4所示，离合器72具有两个档位，两个档位齿轮分别连接转盘51同轴齿轮及内套管82同轴齿轮。
42.太阳能板9连接蓄电池13为其充电，蓄电池13为压缩机1、四通换向阀2、循环风机6、电机减速器71、离合器72、循环泵12、第一温度传感器15、第二温度传感器16、第一液位传感器17、第二液位传感器18、plc控制器19供电。部分供电连接以及电压匹配转换结构未在图中画出，由于其为电学领域常规技术手段，因此不影响本实施例技术内容的完整性。
43.在本实施例中，图4-5省略了电机、离合器、及各个齿轮的具体安装连接结构，仅仅画出示意图；图2省略了循环风机6的具体结构以及安装结构；为使水箱7内部结构表达清楚，图4-5省略了循环风机；上述省略的技术内容为机电领域惯用技术手段，因此不影响本
实施例技术内容的完整性。
44.装置安装完毕后，首先在plc控制器19中设置各传感器的极限数值，使plc控制器能够针对各种情况作出准确的应对。
45.当太阳能板无需冷却和清洗时，系统处于制水模式，plc控制器发送控制信号，电机减速器通过离合器驱动内套管转动，使第一流道、第二流道错开，循环风机启动。制水模式下第二热交换器处于冷凝设置位。四通换向阀第二接口、第三接口连通，第一接口、第四接口连通，启动压缩机，将低温低压的气态制冷剂压缩为高温高压的气态制冷剂，由四通换向阀进入第一热交换器，在第一热交换器内制冷剂冷凝为高温高压的液态制冷剂，随后进入毛细节流管节流成为低温低压的液态制冷剂，随后流入第二换热器，使第二换热器外表面温度低于空气的露点温度，低温低压的液态制冷剂在第二换热器内蒸发吸热后变为低温低压的气态制冷剂，随后通过四通换向阀流回压缩机的吸气口，完成热力循环。在制水模式下，如第一液位传感器实时检测液位高于上限极值时，电机减速器通过离合器驱动内套管转动，使第一流道、第二流道连通，水箱中的水通过第一流道、第二流道由出水口流出，经太阳能板表面流入集水槽，由集水槽底部的过滤网进行初级过滤，再由过滤器进行精滤，最终流入储水罐中。如第一液位传感器、第二液位传感器实时监测液位均高于上线极值时，制水模式关闭。
46.当第一温度传感器16实时监测温度高于上限极值时，系统进入冷却模式，plc控制器发送控制信号，电机减速器通过离合器驱动内套管转动，使第一流道、第二流道连通，水箱中的水通过第一流道、第二流道由出水口流出，经太阳能板表面流入集水槽，将太阳能板冷却，由集水槽底部的过滤网进行初级过滤，再由过滤器进行精滤，最终流入储水罐中。启动电机减速器并通过离合器驱动转盘旋转，将第二热交换器下降至温控设置位，此时第二热交换器浸入水中。四通换向阀第二接口、第三接口连通，第一接口、第四接口连通，启动压缩机，将低温低压的气态制冷剂压缩为高温高压的气态制冷剂，由四通换向阀进入第一热交换器，在第一热交换器内制冷剂冷凝为高温高压的液态制冷剂，随后进入毛细节流管节流成为低温低压的液态制冷剂，随后流入第二换热器，使第二热交换器温度降低，从而使水箱中的水温降低，低温低压的液态制冷剂在第二换热器内蒸发吸热后变为低温低压的气态制冷剂，随后通过四通换向阀流回压缩机的吸气口，完成热力循环。在冷却模式下，如第一液位传感器实时监测液位低于极值，则启动循环泵，将储水罐中的水注入水箱中。当第二温度传感器实时监测温度低于0度时，关闭压缩机，只有第二温度传感器实时监测温度高于设定值、且系统仍处于制冷模式时，压缩机重新启动。当第一液位传感器、第二液位传感器实时监测液位均低于极值时，启动电机减速器并通过离合器驱动转盘旋转，将第二热交换器上升至冷凝设置位，此时，系统切换为制水模式，只有在水箱水位超过设定值时，可重新切换其他模式。
47.当第一温度传感器或第二温度传感器实时监测温度低于0度时，系统进入除霜/保温模式，plc控制器发送控制信号，电机减速器通过离合器驱动内套管转动，使第一流道、第二流道连通，水箱中的水通过第一流道、第二流道由出水口流出，经太阳能板表面流入集水槽，将太阳能板表面的冰霜融化流走，由集水槽底部的过滤网进行初级过滤，再由过滤器进行精滤，最终流入储水罐中。启动电机减速器并通过离合器驱动转盘旋转，将第二热交换器下降至温控设置位，此时第二热交换器浸入水中。四通换向阀第一接口与第二接口连通、第
三接口与第四接口连通。启动压缩机，将低温低压的气态制冷剂压缩为高温高压的气态制冷剂，由四通换向阀进入第二热交换器，在第二热交换器内制冷剂冷凝为高温高压的液态制冷剂，并释放大量热量，将水箱内的水加热，随后进入毛细节流管节流成为低温低压的液态制冷剂，随后流入第一换热器，低温低压的液态制冷剂在第一换热器内蒸发吸热后变为低温低压的气态制冷剂，随后通过四通换向阀流回压缩机的吸气口，完成热力循环。在除霜/保温模式下，如第二传感器实时监测温度低于设定值时，启动电机减速器，通过离合器驱动内套管转动，使第一流道、第二流道断开，待水箱内温度达到设定值时，重新使第一流道、第二流道连通。
48.当太阳能板需要清洁时，启动清洁模式，plc控制器发送控制信号，电机减速器通过离合器驱动内套管转动，使第一流道、第二流道连通，水箱中的水通过第一流道、第二流道由出水口流出，经太阳能板表面流入集水槽，将太阳能板表面的灰尘颗粒等杂物冲走，由集水槽底部的过滤网进行初级过滤，再由过滤器进行精滤，最终流入储水罐中。在清洁模式下，如第一液位传感器实时监测液位低于极值，则启动循环泵，将储水罐中的水注入水箱中。第一液位传感器、第二液位传感器实时监测液位均低于极值时，系统切换为制水模式，只有在水箱水位超过设定值时，可重新切换其他模式。
49.本实施例在冬季寒冷季节无法使用制水模式，可在除霜时将冰雪中的水分补充进入水循环系统中，在极端天气情况下，亦可暂用人工补水方式。