[實用新型]一種光伏驅動的太陽能主動循環式熱水系統

有效

• 申請號: 201420133522.4
• 申請日: 2014-03-24
• 公開（公告）號: CN203771744U
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 季杰;王艷秋;袁偉琪;孫煒;郭超
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: F24J2/20
• 分類號: F24J2/20;F24J2/30;H02S40/44
• 代理公司: 合肥金安專利事務所 34114
• 代理人: 金惠貞

技術領域

本實用新型屬于太陽能光電光熱綜合利用領域，具體涉及光伏發電與太陽能熱水系統的聯合應用領域。

背景技術

太陽能被視為最具潛力的未來能源，現已成為世界各國爭相發展的產業之一。我國開發利用太陽能已有幾十年的歷史，光熱、光電利用技術趨于成熟，且已得到廣泛的應用。光熱方面，在我國太陽能熱水系統已被社會廣泛接受，按循環方式分為被動循環系統和主動循環系統。被動循環系統要求存儲裝置安裝高度高于集熱器，其不需循環動力，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）只適合于獨立的小面積使用，而對于大型熱水及采暖系統，或者性能要求較高的熱水系統，或者水箱安裝高度不適宜高于集熱器的熱水系統等等，一般均需要采用主動循環系統。而且當前大力推廣的熱水-采暖-熱泵制冷一體化系統，其中并入的太陽能熱水系統均需采用主動循環方式。當前這種主動循環的熱水系統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泵。這種系統流量恒定，性能容易預測，同樣條件下較自然循環系統可獲得較高的水溫，且較容易與建筑一體化設計與集中管理，用戶體驗更佳。

目前主動循環式系統的循環動力多為市電，根據溫差的大小來啟動和關閉循環。如此，系統依賴于電網，而且輻照較低時可造成泵的頻繁開啟與關閉，影響系統壽命。由于系統間歇循環，循環流量始終大于系統所需。采用變頻泵取代交流循環泵，理論上可以有很好的節能效果，但根據光照強度調節循環泵轉速的技術過于復雜、穩定性差，成本也很高，并不具有廣泛的經濟型。將太陽光部分轉化為電能，作為系統的循環動力，直接驅動直流泵，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電然后驅動水泵提水的系統。這些系統在結構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，而且這種系統對于動力的需求及水力特性與輻照并無直接相關性，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的性能并無直接影響。

實用新型內容

為了實現利用熱水循環系統的水力學特性、泵及電機特性、光伏的輸出特性之間的耦合關系，使得系統的循環流量隨著輻照的強度變化而變化，從而使系統所需的流量更小及電功耗更小、且熱效率更高，本實用新型提供一種光伏驅動的太陽能主動循環式熱水系統。

具體的技術解決方案如下：

?一種光伏驅動的太陽能主動循環式熱水系統包括一組以上的集熱器陣列1、第一光伏電池組2、第一直流循環泵3、水箱4，所述第一直流循環泵3串聯在一組以上的集熱器陣列1的循環進口和水箱4的水循環出口之間，一組以上的集熱器陣列1的循環出口和水箱4的水循環進口連通；第一直流循環泵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驅動；所述每組集熱器陣列1為太陽能平板集熱器通過串聯組成，兩組以上的集熱器陣列1通過并聯連接；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；所述第一直流循環泵3為直流無刷離心式循環泵；所述水箱4為保溫水箱；所述太陽能主動循環式熱水系統的水力特性與第一直流循環泵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泵3的輸出流量隨著輻照變化而變化，太陽能主動循環式熱水系統的起動輻照為100～150W/㎡。

所述太陽能主動循環式熱水系統的輻照為750～850W/㎡時，第一直流循環泵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，所述第一直流循環泵3)串聯在一組以上的集熱器陣列1的循環進口和盤管換熱器8的工質出口之間，一組以上的集熱器陣列1的循環出口和盤管換熱器8的工質進口連通。

還包括板式換熱器5，所述第一直流循環泵3串聯在一組以上的集熱器陣列1的循環進口和板式換熱器5的工質出口之間，一組以上的集熱器陣列1的循環出口和板式換熱器5的工質進口連通；板式換熱器5的水循環出口連通著水箱4的水循環進口，板式換熱器5的水循環進口連通著水箱4的水循環出口之間串聯著第二直流循環泵6，第二直流循環泵6和第二光伏電池組7電連接，由第二光伏電池組7驅動；其中一組以上的集熱器陣列1、板式換熱器5和第一直流循環泵3構成一次系統，即工質循環系統；水箱4、板式換熱器5和第二直流循環泵6構成二次系統，即水循環系統；所述第二直流循環泵6為直流無刷離心式循環泵。