[發明專利]一種氫能和太陽能互補的熱電冷聯供系統

在審

• 申請號: 201711276414.7
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN107846175A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 柴國民;楊宇飛;歐陽瑞;郝義國;吳波;熊鋼
• 申請（專利權）人: 武漢地質資源環境工業技術研究院有限公司
• 主分類號: H02S10/10
• 分類號: H02S10/10;H02S40/44
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司42238
• 代理人: 龔春來

技術領域

本發明涉及熱能動力技術領域，尤其涉及一種氫能和太陽能互補的熱電冷聯供系統。

背景技術

與直接電加熱相比，熱泵具有較高的制熱效率(能效比一般能達到3以上)，具有省電、節能、環保的特點。但由于熱泵仍需要消耗高品位的電能，在遠離電網的地方應用受到限制。

太陽能光伏電池可以充分利用取之不盡、用之不竭且廉價的太陽光來產生電能，是一種清潔、無污染的發電方式，但由于太陽能具有間歇性的特點，晴天有陰天沒有，白天有晚上沒有，因此在需要穩定的能源供應的地方并不方便使用。

氫燃料電池發電系統使用氫作燃料，反應的產物只有水，同樣是一種清潔、無污染的發電方式。但氫燃料電池所使用的氫氣價格較貴，且燃料電池目前的實用效率只有50％左右，即輸入燃料電池的氫能只有50％能轉化成電能，剩下的50％能量都以熱量的形式白白排放掉了，而沒有得到充分的利用。同時，若僅利用燃料電池的余熱作為熱源，只能實現供熱，而不能實現供冷。

發明內容

有鑒于此，本發明的實施例提供了一種綜合利用質子交換膜燃料電池、太陽能光伏電池、熱泵各自的優點，并避免其缺點，實現氫能和太陽能互補的熱電冷聯供系統。

本發明的實施例提供一種氫能和太陽能互補的熱電冷聯供系統，包括質子交換膜燃料電池發電系統、蒸氣壓縮式熱泵系統、太陽能光伏發電系統、直流母線和蓄電池組，所述質子交換膜燃料電池發電系統、蒸氣壓縮式熱泵系統、太陽能光伏發電系統和蓄電池組均與直流母線相連，所述質子交換膜燃料電池發電系統和太陽能光伏發電系統產生的電流通過直流母線儲存在蓄電池組中或供應給蒸氣壓縮式熱泵系統，所述蒸氣壓縮式熱泵系統包括直流制冷壓縮機和閥位切換裝置，所述直流母線將電流供應給直流制冷壓縮機，所述直流制冷壓縮機運轉進而驅動所述蒸氣壓縮式熱泵系統，所述蒸氣壓縮式熱泵系統通過閥位切換裝置的閥位切換實現對室內的制熱或制冷。

進一步，所述太陽能光伏發電系統包括太陽能光伏陣列、第一直流-直流變換器以及相應的連接導線，所述太陽能光伏陣列和第一直流-直流變換器之間設有第一開關，所述太陽能光伏陣列包括一個或多個太陽能電池組件，所述太陽能光伏陣列輸出的直流電經第一直流-直流變換器轉換為穩定直流電；所述太陽能光伏陣列具有輸出正接線端子和輸出負接線端子，所述第一直流-直流變換器具有輸入正接線端子、輸入負接線端子、輸出正接線端子和輸出負接線端子，所述太陽能光伏陣列的輸出正接線端子接第一直流-直流變換器的輸入正接線端子，所述太陽能光伏陣列的輸出負接線端子接第一直流-直流變換器的輸入負接線端子；所述第一直流-直流變換器的輸出正接線端子接直流母線的正極導線，所述第一直流-直流變換器的輸出負接線端子接直流母線的負極導線。

進一步，所述蒸氣壓縮式熱泵系統還包括室內側換熱器、室內側風扇、節流元件、室外側換熱器、室外側風扇及相應的連接管路，所述直流制冷壓縮機連接閥位切換裝置，所述閥位切換裝置連接室內側換熱器和室外側換熱器，所述節流元件連接室內側換熱器和室外側換熱器，所述室內側風扇和室外側風扇分別設在室內側換熱器和室外側換熱器的一側，所述直流制冷壓縮機、室內側換熱器、節流元件、室外側換熱器、閥位切換裝置和相應的連接管路中充注有制冷劑，所述室內側換熱器和室外側換熱器是制冷劑和空氣的熱交換器。

進一步，所述閥位切換裝置為四通閥，所述四通閥包括第一通口、第二通口、第三通口和第四通口，所述第一通口與直流制冷壓縮機的吸氣口相連，所述第二通口與室外側換熱器相連，所述第三通口和直流制冷壓縮機的排氣口相連，所述第四通口和室內側換熱器相連。

進一步，所述質子交換膜燃料電池發電系統包括質子交換膜燃料電池電堆、氫氣供應系統、空氣供應系統、第二直流-直流變換器、水泵、第一散熱器、散熱風扇、膨脹水箱、設于室內的第二散熱器和相應的連接管路，所述質子交換膜燃料電池電堆連接氫氣供應系統和空氣供應系統，所述質子交換膜燃料電池電堆通過第二開關連接第二直流-直流變換器，所述質子交換膜燃料電池電堆的冷卻水進口和水泵的出口相連，所述水泵的進口和第一散熱器的進口相連，所述質子交換膜燃料電池電堆的冷卻水出口連接第一散熱器進口和第二散熱器的進口，所述第二散熱器的出口連接第一散熱器的進口，所述散熱風扇設在第一散熱器的一側，所述膨脹水箱連接水泵；所述直流制冷壓縮機通過第三開關連接直流母線的正極導線和負極導線。