[發(fā)明專利]一種光伏驅(qū)動的太陽能主動循環(huán)式熱水系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410110268.0
• 申請日: 2014-03-24
• 公開（公告）號: CN103851798A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 季杰;王艷秋;袁偉琪;孫煒;郭超
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學技術(shù)大學
• 主分類號: F24J2/20
• 分類號: F24J2/20;F24J2/30;H02S40/44
• 代理公司: 合肥金安專利事務(wù)所 34114
• 代理人: 金惠貞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能光電光熱綜合利用領(lǐng)域，具體涉及光伏發(fā)電與太陽能熱水系統(tǒng)的聯(lián)合應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

太陽能被視為最具潛力的未來能源，現(xiàn)已成為世界各國爭相發(fā)展的產(chǎn)業(yè)之一。我國開發(fā)利用太陽能已有幾十年的歷史，光熱、光電利用技術(shù)趨于成熟，且已得到廣泛的應(yīng)用。光熱方面，在我國太陽能熱水系統(tǒng)已被社會廣泛接受，按循環(huán)方式分為被動循環(huán)系統(tǒng)和主動循環(huán)系統(tǒng)。被動循環(huán)系統(tǒng)要求存儲裝置安裝高度高于集熱器，其不需循環(huán)動力，流量與熱水器吸收的太陽能成正比，維護甚為簡單，已被社會廣泛采用。但這種熱水器（系統(tǒng)）只適合于獨立的小面積使用，而對于大型熱水及采暖系統(tǒng)，或者性能要求較高的熱水系統(tǒng)，或者水箱安裝高度不適宜高于集熱器的熱水系統(tǒng)等等，一般均需要采用主動循環(huán)系統(tǒng)。而且當前大力推廣的熱水-采暖-熱泵制冷一體化系統(tǒng)，其中并入的太陽能熱水系統(tǒng)均需采用主動循環(huán)方式。當前這種主動循環(huán)的熱水系統(tǒng)一般采用以下控制方式：當集熱器頂端水溫高于水箱底部水溫5時，控制器開啟啟動循環(huán)泵。這種系統(tǒng)流量恒定，性能容易預(yù)測，同樣條件下較自然循環(huán)系統(tǒng)可獲得較高的水溫，且較容易與建筑一體化設(shè)計與集中管理，用戶體驗更佳。

目前主動循環(huán)式系統(tǒng)的循環(huán)動力多為市電，根據(jù)溫差的大小來啟動和關(guān)閉循環(huán)。如此，系統(tǒng)依賴于電網(wǎng)，而且輻照較低時可造成泵的頻繁開啟與關(guān)閉，影響系統(tǒng)壽命。由于系統(tǒng)間歇循環(huán)，循環(huán)流量始終大于系統(tǒng)所需。采用變頻泵取代交流循環(huán)泵，理論上可以有很好的節(jié)能效果，但根據(jù)光照強度調(diào)節(jié)循環(huán)泵轉(zhuǎn)速的技術(shù)過于復雜、穩(wěn)定性差，成本也很高，并不具有廣泛的經(jīng)濟型。將太陽光部分轉(zhuǎn)化為電能，作為系統(tǒng)的循環(huán)動力，直接驅(qū)動直流泵，將是一種很好的解決方案。中國專利ZL200710029601.5、ZL201020277225.9、ZL200710030104.7等都公開了利用太陽能發(fā)電然后驅(qū)動水泵提水的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的普遍特點是光伏輸出需要MPPT控制器，需要蓄電池和充放電控制器，而且這種系統(tǒng)對于動力的需求及水力特性與輻照并無直接相關(guān)性，因而光伏電力僅作為電池的充電電源，其電池組成和輸出伏安特性對系統(tǒng)的性能并無直接影響。

發(fā)明內(nèi)容

為了實現(xiàn)利用熱水循環(huán)系統(tǒng)的水力學特性、泵及電機特性、光伏的輸出特性之間的耦合關(guān)系，使得系統(tǒng)的循環(huán)流量隨著輻照的強度變化而變化，從而使系統(tǒng)所需的流量更小及電功耗更小、且熱效率更高，本發(fā)明提供一種光伏驅(qū)動的太陽能主動循環(huán)式熱水系統(tǒng)。

具體的技術(shù)解決方案如下：

?一種光伏驅(qū)動的太陽能主動循環(huán)式熱水系統(tǒng)包括一組以上的集熱器陣列1、第一光伏電池組2、第一直流循環(huán)泵3、水箱4，所述第一直流循環(huán)泵3串聯(lián)在一組以上的集熱器陣列1的循環(huán)進口和水箱4的水循環(huán)出口之間，一組以上的集熱器陣列1的循環(huán)出口和水箱4的水循環(huán)進口連通；第一直流循環(huán)泵3?的輸入電源端和第一光伏電池組2電連接，且由第一光伏電池組2驅(qū)動；所述每組集熱器陣列1為太陽能平板集熱器通過串聯(lián)組成，兩組以上的集熱器陣列1通過并聯(lián)連接；所述第一光伏電池組2為太陽能單晶硅光伏電池組或多晶硅光伏電池組；所述第一直流循環(huán)泵3為直流無刷離心式循環(huán)泵；所述水箱4為保溫水箱；所述太陽能主動循環(huán)式熱水系統(tǒng)的水力特性與第一直流循環(huán)泵3匹配后的伏安特性與第一光伏電池組2輸出的伏安特性相互匹配，匹配后的第一直流循環(huán)泵3的輸出流量隨著輻照變化而變化，太陽能主動循環(huán)式熱水系統(tǒng)的起動輻照為100～150W/㎡。

所述太陽能主動循環(huán)式熱水系統(tǒng)的輻照為750～850W/㎡時，第一直流循環(huán)泵3達到最佳流量和揚程。

還包括盤管換熱器8，所述盤管換熱器8位于水箱4內(nèi)，所述第一直流循環(huán)泵3串聯(lián)在一組以上的集熱器陣列1的循環(huán)進口和盤管換熱器8的工質(zhì)出口之間，一組以上的集熱器陣列1的循環(huán)出口和盤管換熱器8的工質(zhì)進口連通。

還包括板式換熱器5，所述第一直流循環(huán)泵3串聯(lián)在一組以上的集熱器陣列1的循環(huán)進口和板式換熱器5的工質(zhì)出口之間，一組以上的集熱器陣列1的循環(huán)出口和板式換熱器5的工質(zhì)進口連通；板式換熱器5的水循環(huán)出口連通著水箱4的水循環(huán)進口，板式換熱器5的水循環(huán)進口連通著水箱4的水循環(huán)出口之間串聯(lián)著第二直流循環(huán)泵6，第二直流循環(huán)泵6和第二光伏電池組7電連接，由第二光伏電池組7驅(qū)動；其中一組以上的集熱器陣列1、板式換熱器5和第一直流循環(huán)泵3構(gòu)成一次系統(tǒng)，即工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)；水箱4、板式換熱器5和第二直流循環(huán)泵6構(gòu)成二次系統(tǒng)，即水循環(huán)系統(tǒng)；所述第二直流循環(huán)泵6為直流無刷離心式循環(huán)泵。