[發明專利]無蓄電池的太陽能光伏熱泵熱水器

在審

• 申請號: 201310642574.4
• 申請日: 2013-12-03
• 公開（公告）號: CN104676889A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 袁衛星;楊宇飛;任柯先;何瀟寒;楊波
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F24H4/04
• 分類號: F24H4/04;F25B41/06;H02S10/20
• 代理公司: 北京金恒聯合知識產權代理事務所 11324
• 代理人: 李強

1.一種離網無蓄電池的太陽能光伏熱泵熱水器，其特征在于包括：

光伏電源子系統（A），用于接收太陽光，產生直流電；

逆變-變頻器子系統（B），用于將光伏直流電源子系統（A）產生的直流電逆變成三相頻率、電壓可調的交流電；

蒸氣壓縮式熱泵子系統（C），用于利用工作循環中的制冷劑，把熱量從低溫熱源轉移到高溫熱源；

蓄熱水箱子系統（D），用于用所述制冷劑所釋放的熱量對水進行加熱。

2.根據權利要求1所述的太陽能光伏熱泵熱水器，其特征在于：

光伏直流電源子系統（A）包括太陽能電池組件（A1），它通過導線（A2、A3）連接至逆變-變頻器子系統（B）；

逆變-變頻器子系統（B）包括單級變換的直流逆變-交流變頻器（B1），它通過導線（B2、B3、B4）連接至蒸氣壓縮式熱泵子系統（C）。

3.根據權利要求1所述的太陽能光伏熱泵熱水器，其特征在于：

蒸氣壓縮式熱泵子系統（C）包括：

變頻壓縮機（C1），用于在輸入直流電的變頻-逆變器（B1）的驅動下變速運轉，壓縮工作循環中的制冷劑；

干燥過濾器（C2），用于濾除工作循環中的制冷劑中的雜質，并吸收循環制冷劑中的水分；

電子膨脹閥（C3），控制變頻壓縮機（C1）的吸氣口的過熱度處于正常范圍，避免壓縮機液壓縮；液態制冷劑經電子膨脹閥（C3）節流后，壓力降低，部分變成閃蒸氣體，溫度也降低，變成氣液混和物；

翅片管式蒸發器（C4），用于使進入它的、處于氣液混和相的制冷劑與外界進行熱交換并吸熱；

蒸發器風扇（C5），用于強制環境空氣經過所述翅片管式蒸發器（C4）的流動，

其中

變頻壓縮機（C1）、干燥過濾器（C2）、電子膨脹閥（C3）、翅片管式蒸發器（C4）通過管線與蓄熱水箱（D1）中的冷凝器盤管（D3）連接成一個回路，制冷劑在該回路中循環。

4.根據權利要求3所述的太陽能光伏熱泵熱水器，其特征在于：

蓄熱子系統（D）包括：

絕熱良好的蓄熱水箱（D1）；

設置在蓄熱水箱（D1）內的、兩端開口的套筒（D2），用于強化蓄熱水箱（D1）中水的自然對流循環；

設置在套筒（D2）內的所述冷凝器盤管（D3）；

水箱冷水進水管件（D4）；

其中，

套筒（D2）的上、下端與蓄熱水箱（D1）的頂部和底部均保持一定的距離，

盤管（D3）的位置在套筒的下部。

5.根據權利要求3－4之一所述的太陽能光伏熱泵熱水器，其特征在于通過壓縮機轉速調節來實現對光伏陣列的最大功率跟蹤，且變頻壓縮機（C1）的轉速基于壓縮機轉速反饋受到調節，其中：

首先，變頻壓縮機（C1）以最小轉速開機，待開機一段時間后轉入周期性調用轉速調節處理模塊；

每次調用轉速調節處理模塊后，首先對光伏陣列當前時刻的電壓值U(j)和電流值I(j)進行采樣，并把兩者相乘得到當前時刻的功率值P(j)，并和上一次采樣得到的功率值P(j-1)進行比較；

判斷P(j)與P(j-1)之差的絕對值是否小于一個預定的差值（e）；若“是”則維持壓縮機轉速，什么也不做即退出；若“否”則進一步判斷P(j)是否比P(j-1)大；

如果本次采樣得到的功率值P(j)比P(j-1)大，則再判斷電壓：如果本次采樣的電壓值U(j)比上一次采樣的電壓U(j-1)大，則說明最大功率點在當前工作點的右方，系統加大變頻壓縮機（C1）的轉速，即將當前轉速加一個量（Δn）；如果本次采樣的電壓值U(j)比上一次采樣的電壓U(j-1)小，系統減小變頻壓縮機（C1）的轉速，即在當前轉速的基礎上減一個量（Δn）；

如果本次計算的功率值P(j)比上次的功率值P(j-1)小，則再判斷電壓：如果本次采樣的電壓U(j)比上一次采樣的電壓U(j-1)大，則說明最大功率點在當前工作點的左方，系統減小變頻壓縮機（C1）的轉速；如果本次采樣的電壓U(j)比上一次的電壓U(j-1)小，系統加大變頻壓縮機（C1）的轉速。

6.根據權利要求5所述的太陽能光伏熱泵熱水器，其特征在于進一步包括：

轉速限幅器，用于避免變頻壓縮機（C1）的轉速低于允許的最小轉速和高于允許的最大轉速。