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CN104807206A - 严寒地区太阳能光伏光热一体化集成系统 - Google Patents

严寒地区太阳能光伏光热一体化集成系统 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提供一种严寒地区太阳能光伏光热一体化集成系统。建筑表面采用太阳能光伏发电的同时，将光伏板产生的热量有效收集利用起来，为房间内部提供被动式供热通风，该系统解决了光伏板因温度升高带来的发电效率降低的问题，同时最大限度转换利用太阳能为严寒地区冬季采暖提供保障；发电同时的保温性能，可以将冬季转换时产生的热量最大限度保存在围护结构内部，提高使用效率；结合双源热泵辅助保障被动式太阳能光热系统的不足，避免极端天气下可能带来的问题；保障了被动太阳能应用系统在不同季节均能高效发挥作用。

Description

严寒地区太阳能光伏光热一体化集成系统
技术领域
本发明属于被动太阳能技术领域，特别是涉及一种严寒地区太阳能光伏光热一体化集成系统。
背景技术
季杰等人提出光伏墙体发电的改良措施。其主要利用光伏片进行光电转换，考虑到光伏电板受温度影响，即温度升高光电效率降低因素，他们在PV模板背面设计良好的冷却通风流道来有效降低PV模板的工作温度，提高工作效率。但这种方案虽保证了光伏电板的发电效率，却使光伏墙体暴露在外界空气中，使得光热未能得到充分利用。
季杰、陆剑平等人研究出一种新型全铝扁盒式PV/T热水系统，安文韬 、刘彦丰基于温度升高对光伏组件效率的影响，提出了水冷却型和空气冷却型两种模式来进行降温以此获得更高的转化率，其原理则是将单晶硅光伏电池与全铝扁盒式太阳能热水器集热板通过特殊工艺粘结起来，制成了一套自然循环式光伏光热一体化系统。 虽然这种系统有效的利用了太阳能发电、发热，但由于自身的局限性即水冷不适合严寒地区，使得在严寒地区很难与建筑物结合起来。
发明内容
本发明为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种实现光电转换同时具有更好的保温隔热效果，夏季隔热、冬季保温。并可以通过室内外空气被动循环，来调节室温，能够结合双源热泵辅助保障被动式太阳能光热系统的不足的严寒地区太阳能光伏光热一体化集成系统。
本发明所采用的技术解决方案是严寒地区太阳能光伏光热一体化集成系统，其包括：
光伏、光热一体化外围护结构，用于太阳能的采集和对房屋的保温；
储热箱；
双源热泵，热泵工作为储热箱提供热源；
温控开关；
内部空气循环结构，用于室内外空气被动循环与双源热泵主动循环。
所述的光伏、光热一体化外围护结构由外而内分别设置为双层玻璃、光伏板、空气通道和保温墙体。
所述的内部空气循环结构第1风口、第2风口、第3风口、第4风口、第5风口、第6风口、建筑管井、屋面板和回风通道，所述的第1风口设置在双层玻璃的底部位置，所述的第3风口、第2风口和第4风口设置在保温墙体的上，所述的第3风口设置在保温墙体底部位置，所述的第2风口设置在保温墙体的顶部位置，所述的第4风口设置在房屋吊顶高度位置与第3风口高度位置之间；所述的建筑管井与房屋吊顶连接处设置有第6风口，所述的第5风口设置在房屋吊顶上与第6风口相邻，所述的回风通道设置在地面底部，所述的回风通道设置有第1回风口和第2回风口，所述的第1回风口设置在光伏、光热一体化外围护结构的空气通道处，所述的第2回风口设置在保温墙体与建筑管井之间。
所述的双源热泵的空气输入端与建筑管井的一端相连接，所述的双源热泵的空气输出端与回风通道一端相连接，所述的双源热泵与储热箱相连接。
所述的温控开关的温度传感器分别设置在房屋吊顶上和空气通道内。
所述的第5风口为常开状态。
当室外平均温度高于16°时外部得热高于围护结构失热，关闭第3风口和第4风口，开启第1风口和第2风口：
当温控开关的温度传感器检测到当室内温度高于29°时，启动双源热泵，与双源热泵空气输入端相连接的建筑管井通过第5风口和第6风口将室内热空气收集，压缩为冷空气，将压缩后的冷空气通过回风通道从第2回风口输送至室内进行降温；
冬季，关闭第1风口和第2风口：
白天，当温控开关的温度传感器检测到空气通道3温度大于18°时，打开第3风口和第4风口；
当温控开关的温度传感器检测到当室内温度高于25°时，启动双源热泵，关闭第2回风口，与双源热泵空气输入端相连接的建筑管井通过第5风口和第6风口将将室内热空气收集，压缩为冷空气，将压缩后的冷空气通过回风通道从第1回风口输送至空气通道，降低光伏板周围温度提高发电效率，同时将热量输送至储热箱；
夜间，关闭第3风口和第4风口，通过连接已有的供暖管线和设施释放白天储存在储热箱中的热量。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：建筑表面采用太阳能光伏发电的同时，将光伏板产生的热量有效收集利用起来，为房间内部提供被动式供热通风，该系统解决了光伏板因温度升高带来的发电效率降低的问题，同时最大限度转换利用太阳能为严寒地区冬季采暖提供保障；发电同时所具有的保温性能，可以将冬季转换时产生的热量最大限度保存在围护结构内部，提高使用效率；结合双源热泵辅助保障被动式太阳能光热系统的不足，避免极端天气下可能带来的问题；保障了被动太阳能应用系统在不同季节均能高效发挥作用。
        附图说明    
图1为光伏、光热一体化外围护结构的机构简图；
图2为夏季本发明系统工作示意图；
图3为冬季白天本发明系统工作示意图；
图4为冬季夜间本发明系统工作示意图。
图中：
1、双层玻璃，2、光伏板，3、空气通道，4、保温墙体，5、第1风口，6、第2风口，7、第3风口，8、第4风口，9、第5风口，10、第6风口，11、建筑管井，12、屋面板，13、回风通道，14、第1回风口，15、第2回风口，16、储热箱，17、双源热泵，18、房屋吊顶。
具体实施方式
严寒地区太阳能光伏光热一体化集成系统，其包括光伏、光热一体化外围护结构，用于太阳能的采集和对房屋的保温；储热箱16；双源热泵17，热泵工作为储热箱16提供热源；温控开关；
其中双源热泵17采用型号为KS180S的同益空气能热泵热水器；温控开关采用型号为5070THBRPG WE的施耐德温控器；
所述的储热箱16可商业购得，或根据现有技术公开的方法制得，本领域熟练技术人员可根据现有技术进行选择和设置。
内部空气循环结构，用于室内外空气被动循环与双源热泵17主动循环。
所述的光伏、光热一体化外围护结构由外而内分别设置为双层玻璃1、光伏板2、空气通道3和保温墙体4。
所述的内部空气循环结构第1风口5、第2风口6、第3风口7、第4风口8、第5风口9、第6风口10、建筑管井11、屋面板12和回风通道13，所述的第1风口5设置在双层玻璃1的底部位置，所述的第3风口7、第2风口6和第4风口8设置在保温墙体4的上，所述的第3风口7设置在保温墙体4底部位置，所述的第2风口6设置在保温墙体4的顶部位置，所述的第4风口8设置在房屋吊顶18高度位置与第3风口7高度位置之间；所述的建筑管井11与房屋吊顶18连接处设置有第6风口10，所述的第5风口9设置在房屋吊顶上与第6风口10相邻，所述的回风通道13设置在地面底部，所述的回风通道13设置有第1回风口14和第2回风口15，所述的第1回风口14设置在光伏、光热一体化外围护结构的空气通道3处，所述的第2回风口15设置在保温墙体4与建筑管井11之间。所述的风口1可通过风扇或百叶等装置进行空气的引流，所述的风扇或百叶等装置的选择和设置为本领域的现有技术，本领域熟练技术人员可根据现有技术进行选择和设置。
所述的双源热泵17的空气输入端与建筑管井11的一端相连接，所述的双源热泵17的空气输出端与回风通道13一端相连接，所述的双源热泵17与储热箱16相连接。
所述的温控开关的温度传感器分别设置在房屋吊顶上和空气通道3内。
所述的第5风口9为常开状态。
夏季，即当室外平均温度高于16°时外部得热高于围护结构失热，关闭第3风口7和第4风口8，开启第1风口5和第2风口6：室外温度可通过百叶引流从第1风口5进，从第2风口6出形成强大的空气流，使光伏板2周围温度降低，提高发电效率。
当温控开关的温度传感器检测到当室内温度高于29°时，启动双源热泵17，与双源热泵17空气输入端相连接的建筑管井11通过第5风口9和第6风口10将室内热空气收集，压缩为冷空气，将压缩后的冷空气通过回风通道13从第2回风口15输送至室内进行降温；
冬季，即当室外平均温度低于5°时，室外温度很低，为减少室内热量散失，关闭第1风口5和第2风口6：
白天，当温控开关的温度传感器检测到空气通道3温度大于18°时，打开第3风口7和第4风口8，空气通道3中的空气被动循环运转，将光伏板2热量带入室内，即：空气通道3中的空气经照射后加热，高于室内温度，热空气便从第4风口8进入室内，冷空气从第3风口7进入空气通道3再次被加热，以此来维持室内温度。
当温控开关的温度传感器检测到当室内温度高于25°时，启动双源热泵17，关闭第2回风口15，与双源热泵17空气输入端相连接的建筑管井11将室内热空气通过第5风口9和第6风口10将热空气收集，压缩为冷空气，将压缩后的冷空气通过回风通道13从第1回风口14输送至空气通道3，降低光伏板2周围温度提高发电效率，同时将热量输送至储热箱；
夜间，关闭第3风口7和第4风口8，使室内和室外脱离空气交换从而达到保温效果，并通过连接已有的供暖管线和设施释放白天储存在储热箱中的热量也可达到保温效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.严寒地区太阳能光伏光热一体化集成系统，其特征在于：
包括光伏、光热一体化外围护结构，用于太阳能的采集和对房屋的保温；
储热箱；
双源热泵，热泵工作为储热箱提供热源；
温控开关；
内部空气循环结构，用于室内外空气被动循环与双源热泵主动循环。
2.根据权利要求1所述的严寒地区太阳能光伏光热一体化集成系统，其特征在于：所述的光伏、光热一体化外围护结构由外而内依次设置为双层玻璃、光伏板、空气通道和保温墙体。
3. 根据权利要求1所述的严寒地区太阳能光伏光热一体化集成系统，其特征在于：所述的内部空气循环结构第1风口、第2风口、第3风口、第4风口、第5风口、第6风口、建筑管井、屋面板和回风通道，所述的第1风口设置在双层玻璃的底部位置，所述的第3风口、第2风口和第4风口设置在保温墙体的上，所述的第3风口设置在保温墙体底部位置，所述的第2风口设置在保温墙体的顶部位置，所述的第4风口设置在房屋吊顶高度位置与第3风口高度位置之间；所述的建筑管井与房屋吊顶连接处设置有第6风口，所述的第5风口设置在房屋吊顶上与第6风口相邻，所述的回风通道设置在地面底部，所述的回风通道设置有第1回风口和第2回风口，所述的第1回风口设置在光伏、光热一体化外围护结构的空气通道处，所述的第2回风口设置在保温墙体与建筑管井之间。
4.根据权利要求1所述的严寒地区太阳能光伏光热一体化集成系统，其特征在于：所述的双源热泵的空气输入端与建筑管井的一端相连接，所述的双源热泵的空气输出端与回风通道一端相连接，所述的双源热泵与储热箱相连接。
5.根据权利要求3所述的严寒地区太阳能光伏光热一体化集成系统，其特征在于：所述的温控开关的温度传感器分别设置在房屋吊顶上和空气通道内。
6.一种采用权利要求1所述的严寒地区太阳能光伏光热一体化集成系统的方法，其特征在于：当室外平均温度高于16°时，关闭第3风口和第4风口，开启第1风口和第2风口：
当温控开关的温度传感器检测到室内温度高于29°时，启动双源热泵，与双源热泵空气输入端相连接的建筑管井通过第5风口和第6风口将室内热空气收集，压缩为冷空气，将压缩后的冷空气通过回风通道从第2回风口输送至室内进行降温；
当室外平均温度低于5°时，关闭第1风口和第2风口：
白天，当温控开关的温度传感器检测到空气通道3温度大于18°时，打开第3风口和第4风口， 
当温控开关的温度传感器检测到当室内温度高于25°时，启动双源热泵，关闭第2回风口，与双源热泵空气输入端相连接的建筑管井通过第5风口和第6风口将将室内热空气收集，压缩为冷空气，将压缩后的冷空气通过回风通道从第1回风口输送至空气通道，降低光伏板周围温度提高发电效率，同时将热量输送至储热箱，
夜间，关闭第3风口和第4风口，并释放白天储存在储热箱中的热量。
7.根据权利要求6所述的严寒地区太阳能光伏光热一体化集成系统的方法，其特征在于：所述的第5风口为常开状态。
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