[發明專利]分布式、非蓄電、非逆變太陽光伏變功率蓄能電熱系統及控制方法

有效

• 申請號: 201310438423.7
• 申請日: 2013-09-24
• 公開（公告）號: CN103528114A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 程崇鈞;程巍;宋文波;程曉龍;韓濱
• 申請（專利權）人: 蕪湖市科華新型材料應用有限責任公司
• 主分類號: F24D11/00
• 分類號: F24D11/00;F24D19/10
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 張小虹

技術領域

本發明屬于可再生能源利用及新型功能材料集成應用的技術領域。具體地說，本發明涉及分布式、非蓄電、非逆變太陽光伏變功率蓄能電熱系統。另外，本發明還涉及該電熱系統的控制方法。

背景技術

隨著全球能源形勢的日益緊張，節能與環保成為當今世界各國關注的熱點。而傳統的燃煤、燃氣供熱方式以及多種恒功率電熱供熱方式等，已無法滿足現有城鄉區域（特別是尚無電力設施的偏遠地區）的建筑供熱（暖）的需要。

為了提高能源的利用效率和控制環境污染，近年來涌現出諸多供熱新技術和新模式，例如：利用低谷電的供熱供暖技術；利用可再生能源的太陽能熱利用集熱器；水源或空氣源熱泵供熱技術等。

上述的現有新型供熱方式也存在較多的技術問題，各自仍然存在一定缺陷，甚至是無法解決的致命缺陷，直接影響著可再生能源的利用和發展。例如：

1、利用低谷電供熱方式：雖然實現了能源的有效利用，但只能滿足冬季供暖需求，同時也還是完全應用二次清潔能源。

2、太陽能利用的集熱技術：受地區、晝夜、氣候和日照采集率變化等因素的影響，致使所提供熱水的溫度不穩定；即使采用大儲罐進行顯熱蓄水儲能，也達不到穩定供熱的要求，只能再利用市電間接互補，中間傳輸及儲存熱效率較低，得不償失；同時也帶來幾十噸甚至上千噸水箱的過負荷，防凍、抗凍、分體與建筑結合難等問題，以及各種器件存在無法克服或長期尚未克服的技術瓶頸；

3、水源或空氣源熱泵技術：易受水源或空氣源的地區自然條件影響，特別是在低溫制熱、高溫制冷時，其整體水平COP（能效比）值并未達到“1︰1”，甚至在嚴寒、極寒地區或無市電情況的條件下，根本無法使用。另外，不斷創新的自動化控制系統愈來愈復雜。

現有的太陽能利用的熱水器技術分析：

目前，太陽能熱水器和太陽熱水系統，是太陽能熱利用的產物。目前太陽熱水器有悶曬式熱水器、全玻璃真空集熱管熱水器、玻璃金屬封裝的熱管式熱水器、平板式熱水器等多種形式；與之對應的熱水系統有集熱管式熱水系統、熱管式熱水系統以及平板式熱水系統。

熱水器的基本構成部件是太陽能集熱部件和儲熱水箱；按集熱部件和儲熱水箱的結合方式，熱水器可以分為緊湊式和分離式；按儲熱水箱是否與大氣連通，熱水器可以分為承壓式和非承壓式；按儲熱水箱中熱水的得熱方式可以分為直接式和間接式；按熱水的出水方式可以分為落水式、頂水式及增壓泵式。

太陽熱水系統主要由太陽集熱系統和熱水供應系統構成，主要包括太陽集熱器、儲熱水箱、循環管道、支架、控制系統、熱交換器和水泵等設備和附件。集熱系統與儲熱水箱換熱方式，可分為：直接式熱水系統（一次循環系統）和間接式熱水系統（二次循環系統）。直接式系統又可以細分為：直流系統、自然循環系統和強制循環系統。按集熱器中工質是否承壓可分為：開式集熱熱水系統和閉式集熱熱水系統。按有無輔助熱源分類，可分為：有輔助熱源熱水系統和無輔助熱源熱水系統。有輔助熱源熱水系統根據加熱方式的不同又可以細分為：內置式直接加熱方式、內置盤管換熱器加熱方式、外置換熱器加熱方式、外部輔助熱源直接加熱方式、間歇式供熱水系統、連續式供熱水系統。所謂儲熱水箱（罐）也僅利用水的儲熱進行顯熱儲能，儲熱量有限，與采用相變儲能材料進行潛熱儲能差距較大。

目前太陽能熱水系統的分類還比較亂，沒有統一的標準。

上述現有技術存在的問題是：

1、太陽能熱水器：

太陽能熱水器的產品分類系統分類頻繁，十分混亂，無法統一標準，結構越來越復雜；

管路系統控制系統十分復雜，產品配件系統輔件繁多；

故障多、事故多，特別是偽劣非標伴熱帶，加之誤用給進出水管路防凍、抗凍、化凍帶來的火災惡性事故無法避免，所謂“水漫金山，火燒連營”；

集熱、輸送、儲水、使用四方面熱能不穩定，熱損失較大；

太陽能熱水器，由于存在“集熱、輸送、儲存、使用”四方面不穩定。為了達到全天候使用，也需要輔助電加熱。實質是太陽光熱電熱水器，但其又未能嚴格做到現有電熱水器的安全要求和能效，只能是輔助電熱，預熱溫度為≤40℃，再補充太陽能光熱。熱能中間傳輸和存儲，能耗損失較大，使用能效≤50%，甚至更低，因此這種做法是欠科學的，是不得已而為之；

由于集熱器的熱交換是通過水流動進行，故無法在高寒嚴寒地區設置；

無法與建筑結合，即使平板太陽能熱水系統也因集熱器需與儲罐進行二次循環換熱及室外大儲罐和繁雜的管路系統，無法與建筑進行緊湊、美觀、有效和諧的結合，更無法滿足所有用戶的需求。

2、電熱水器：