基於PVT的製冷與發電系統的製作方法

2023-06-13 00:15:11

本發明涉及的是一種能源發電與製冷領域的技術，具體是一種基於PVT(Photovoltaic thermal，光伏/光熱)的製冷與發電系統。

背景技術：

PVT集熱器包含光伏與光熱兩部分，PVT集熱器利用光生伏特效應，使光能轉化為直流電；同時將太陽能電池板光電轉換過程中產生的部分熱能通過熱交換收集起來，以加熱熱水，從而實現PVT系統的熱電聯供。

PVT集熱器產生的熱水適用於家用熱水、採暖和其他對低溫熱量有大量需求的公用、民用或工業領域。但是，現階段PVT集熱器的綜合效率還稍低，所以有大量科研人員對此問題進行深入研究。其主要研究內容有:如何提高PVT集熱器的發電效率，如何將PVT集熱器的熱量應用到採暖中，以及如何將PVT集熱器和其他系統集成，從而提高集成系統的綜合效率，例如PVT集熱器與熱泵系統集成、PVT集熱器與燃氣‐蒸汽聯合循環機組集成等。

技術實現要素：

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出了一種基於PVT的製冷與發電系統，除了進行PVT一重發電外，同時能夠實現PVT驅動吸附製冷以及冷熱源驅動熱發電組件進行二重發電，從而可以有效提高太陽能系統的綜合利用率。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明包括：設有蒸發盤管和第一加熱盤管的吸附制冷機組、設有第二冷卻盤管和第二加熱盤管的熱發電組件、熱水箱、PVT集熱器、冷凍水箱和空調末端，其中：第一加熱盤管兩端分別與熱水箱、第二加熱盤管一端相連，第二加熱盤管另一端與熱水箱相連，PVT集熱器兩端與熱水箱相連，蒸發盤管兩端分別與空調末端、第二冷卻盤管一端相連，第二冷卻盤管另一端與冷凍水箱相連，冷凍水箱與空調末端相連。

所述的熱水箱中加熱水依次流經第一加熱盤管和第二加熱盤管，之後回流至熱水箱，再流入PVT集熱器，最終回流至熱水箱中，形成加熱‐充能循環；

所述的冷凍水箱中冷卻水依次流經空調末端、蒸發盤管和第二冷卻盤管，並回流至冷凍水箱中，形成製冷循環。

所述的熱水箱設有第二出口管，該第二出口管與PVT集熱器一端通過第三進口管相連，所述相連的第二出口管和第三進口管之間設有第三水泵。

所述的熱水箱設有第一出水管，所述的第一出水管與第一加熱盤管一端相連並設有第二水泵。

所述的冷凍水箱設有第二出水管，該第二出水管與空調末端通過第四進口管相連，所述相連的第二出水管和第四進口管之間設有第四水泵。

所述的基於PVT的製冷與發電系統設有冷卻塔，該冷卻塔與設置於吸附制冷機組內的第一冷卻盤管相連，所述的第一冷卻盤管兩端分別與第一進口管和第一出口管相連，形成冷卻循環迴路。

所述的PVT集熱器設有第一輸電線路。

所述的熱發電組件設有第二輸電線路。

本發明涉及一種基於上述系統的製冷與發電方法，在發電階段，在晴天太陽輻照下，PVT集熱器採集的太陽能通過光電轉換進行一重發電，光電轉換過程中產生的熱能加熱從熱水箱中流入的儲存水，在加熱階段通過輔助加熱器對熱水箱中儲存水進行加熱；當水溫達到第一預設值時打開第二水泵，熱水依次流經第一加熱盤管和第二加熱盤管並得到進一步加熱；在製冷階段，冷凍水箱中冷卻水在溫度低於第二預設值時依次通過空調末端實現製冷，並通過蒸發盤管和第二冷卻盤管得到進一步冷卻；此時冷凍水(即經過空調末端用來提供冷量的介質，其溫度一般為7‐12℃)和加熱水在熱發電組件中驅動陰陽電極實現二重發電，即陰極和陽極並列安裝於熱發電組件內，第二加熱盤管覆蓋於陰極和陽極的頂部，第二冷卻盤管覆蓋於陰極和陽極的底部。

所述的吸附製冷組件中蒸發盤管中冷凍水為空調末端提供冷量或冷卻熱發電組件。

所述的第一加熱盤管中的熱水用來加熱吸附制冷機組或加熱熱發電組件。

技術效果

與現有技術相比，本發明在PVT一重發電的基礎上，能夠實現PVT驅動吸附製冷，其吸附製冷性能係數為20％～25％，同時能通過冷熱源驅動熱發電組件進行二重發電，其二重發電的效率為5％～7％；本發明有效提高了太陽能系統的綜合利用率。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖；

圖中：第一出口管1、第一水泵2、冷卻塔3、第一進口管4、第三閥門5、第一冷卻盤管6、蒸發盤管7、第一加熱盤管8、吸附制冷機組9、第一閥門10、第二閥門11、第二水泵12、第一出水管13、第一回水管14、輔助加熱器15、熱水箱16、第二進口管17、第二出口管18、第三水泵19、第四閥門20、第五閥門21、第三進口管22、PVT集熱器23、第三出口管24、第一輸電線路25、第二輸電線路26、冷凍水箱27、第二回水管28、第二出水管29、第四水泵30、第二冷卻盤管31、熱發電組件32、第二加熱盤管33、第四進口管34、空調末端35、第四出口管36。

具體實施方式

下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。

實施例1

如圖1所示，本實施例包括：設有蒸發盤管7和第一加熱盤管8的吸附制冷機組9、設有第二冷卻盤管31和第二加熱盤管33的熱發電組件32、熱水箱16、PVT集熱器23、冷凍水箱27和空調末端35，其中：第一加熱盤管8一端與熱水箱16、另一端與第二加熱盤管33一端相連並設有閥門11，第二加熱盤管33另一端與熱水箱16相連，PVT集熱器23兩端與熱水箱16相連，蒸發盤管7兩端分別與空調末端35、第二冷卻盤管31一端相連，第二冷卻盤管31另一端與冷凍水箱27相連，冷凍水箱27與空調末端35相連；

所述的熱水箱16中加熱水依次流經第一加熱盤管8和第二加熱盤管33，之後回流至熱水箱16，再流入PVT集熱器23，最終回流至熱水箱16中，形成加熱‐充能循環；

所述的冷凍水箱27中冷卻水依次流經空調末端35、蒸發盤管7和第二冷卻盤管31，並回流至冷凍水箱27中，形成製冷循環；蒸發盤管7內流動的冷凍水為空調末端35提供冷量；通過製冷循環與加熱‐充能循環在熱發電組件32中的驅動，實現二次發電。

所述的PVT集熱器23設有第一輸電線路25。

所述的熱發電組件32設有第二輸電線路26。

優選地，所述的空調末端35為管翅式換熱器。

本實施例設有冷卻塔3，對應的吸附制冷機組9設有第一冷卻盤管6；所述的冷卻塔3通過設置在頂部的第一進口管4與第一冷卻盤管6一端相連，所述的冷卻塔3底部設有與第一冷卻盤管6另一端相連的第一出口管1，所述的第一出口管1設有第一水泵2和第三閥門5，第一水泵2中水流方向為從冷卻塔3流向第一冷卻盤管6；所述的第一冷卻盤管6內流動的冷卻水，帶出吸附制冷機組9的熱量到冷卻塔3。

所述的PVT集熱器23一端設有第三進口管22，所述的熱水箱16對應設有與之相連的第二出口管18，所述相連的第二出口管18和第三進口管22之間設有第三水泵19，且第三進口管22上設有第五閥門21，第三水泵19的水流方向為從熱水箱16流向PVT集熱器23；所述的熱水箱16為吸附制冷機組9提供穩定的熱源；

所述的PVT集熱器23另一端設有第三出口管24，所述的熱水箱16對應設有與之相連的第二進口管17，所述的第三出口管24與第二進口管17之間設有第四閥門20。

所述的熱水箱16通過第一出水管13與第一加熱盤管8一端相連，並設有第二水泵12和第一閥門10，第二水泵12的水流方向為從熱水箱16流向第一加熱盤管8。

所述的冷凍水箱27設有第二出水管29，所述的空調末端35對應設有與之相連的第四進口管34，所述相連的第二出水管29和第四進口管34之間設有第四水泵30，第四水泵30的水流方向為從冷凍水箱27流向空調末端35；所述的冷凍水箱27向空調末端35輸出穩定冷量。

所述的熱發電組件32為熱發電鐵氰化銅‐Cu/Cu2+組件，鐵氰化銅為熱發電組件32的陰極，Cu/Cu2+為熱發電組件32的陽極，其中：陰極和陽極並列安裝於熱發電組件32內，第二加熱盤管33覆蓋於陰極和陽極的頂部，第二冷卻盤管31覆蓋於陰極和陽極的底部。

所述的熱水箱16底部設有輔助加熱器15。

所述的冷凍水箱27與熱水箱16通過溢流管相連，當冷凍水箱27和/或熱水箱16的水太多時，多餘水通過溢流管排出。

本發明工作時：在晴天太陽輻照下，PVT集熱器23採集的太陽能通過光電轉換進行一重發電，光電轉換過程中產生的熱能加熱從熱水箱16中流入的儲存水，在陰雨天可通過輔助加熱器15對熱水箱16中儲存水進行加熱；熱水溫度達到65‐90℃後，打開第二水泵12，熱水依次流經第一加熱盤管8和第二加熱盤管33並得到進一步加熱；而冷凍水箱27中冷凍水依次通過空調末端35實現製冷，並通過蒸發盤管7和第二冷卻盤管31得到進一步冷卻；此時冷凍水和加熱水在熱發電組件32中驅動陰陽電極實現二重發電，即陰極和陽極並列安裝於熱發電組件32內，第二加熱盤管33覆蓋於陰極和陽極的頂部，第二冷卻盤管31覆蓋於陰極和陽極的底部；而在吸附製冷組件9中蒸發盤管7中冷凍水可以用來為空調末端35提供冷量，也可以用來冷卻熱發電組件32；第一加熱盤管8中的熱水，可以用來加熱吸附制冷機組9，也可以用來加熱熱發電組件32。

上述過程中，PVT集熱器23通過第一輸電線路25實現一重發電，發電效率為16‐19％；熱發電組件32通過第二輸電線路26實現二重發電，發電效率為5‐7％；在吸附製冷過程中，整個系統吸附製冷太陽能性能係數(COPS，Solar Coefficient of Performance)為20％～25％。