申请/专利权人：河北工业大学

申请日：2022-08-26

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN115597108B

主分类号：F24D18/00

分类号：F24D18/00;F24D19/10;F24S60/10;F28D20/02;H02S10/30;F24D101/50

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2023.02.07#实质审查的生效;2023.01.13#公开

摘要：本发明涉及供暖技术领域，尤其涉及一种耦合光伏光热的蓄热式供暖设备，包括光伏集电模块、太阳能集热模块、蓄热罐以及供暖控制模块，供暖控制模块通过控制所述光伏集电模块和或市电向所述蓄热罐模块供电以使所述蓄热罐中的电加热管加热所述相变蓄热材料至预设温度，并且，控制所述太阳能集热模块加热所述蓄热罐中的水液，以及，通过控制所述相变蓄热材料进行与所述水液换热以使水液温度升高至预设温度，本发明综合太阳能热水系统和太阳能光伏发电系统，并与相变蓄热罐和缓冲水箱结合，利用蓄热技术来弥补太阳能的间歇性和不稳定性问题，可达到持续稳定供热的效果，供热效果安全可靠。

主权项：1.一种耦合光伏光热的蓄热式供暖设备，其特征在于，包括：光伏集电模块，用以将太阳能转化为电能以向蓄热罐供电；太阳能集热模块，用以将太阳能转化为液体热能以加热水液；所述蓄热罐，其分别与所述光伏集电模块、所述太阳能集热模块以及市电输出端相连，用以通过将光伏集电模块收集的电能转化为热能并将热能储存在相变蓄热材料中，并且，能够存储所述太阳能集热模块加热的水液，以及，通过热能转换将所述相变蓄热材料中的热量转换成水液热量以为供热末端提供预设温度的热水；供暖控制模块，其分别与所述光伏集电模块、所述太阳能集热模块以及所述蓄热罐相连，用以控制所述光伏集电模块和或市电向所述蓄热罐模块供电以使所述蓄热罐中的电加热管将所述相变蓄热材料加热至预设温度，控制所述太阳能集热模块加热所述蓄热罐中的水液，并且，通过控制所述相变蓄热材料与所述水液进行换热以使水液温度升高至预设值，以及，通过对市电使用时长的统计调整光伏板的面积和或所述相变蓄热材料的体积以提高对太阳能的利用；所述蓄热罐包括：电加热层，其分别与所述光伏集电模块的供电输出端以及所述市电供电输出端相连，用以将电能转化为用于所述相变蓄热材料的热能；相变蓄热层，其分别与所述电加热层以及缓冲水箱相连，用以将所述电加热层产生的热能储存在所述相变蓄热材料中；所述缓冲水箱，其分别与所述相变蓄热层、所述太阳能集热模块以及所述供热末端相连，用以为供热末端提供热水；所述供暖控制模块包括：充放电控制器，其与所述光伏集电模块以及所述电加热层相连，用以检测所述光伏集电模块产生的电量，并且，控制向所述电加热层进行供电的供电方式，当充放电控制器在测得光伏集电模块产生的电量符合预设供电标准时控制光伏集电模块向电加热层供电以使电加热层产生热能；当测得光伏集电模块产生的电量不符合预设供电标准时控制采用市电向电加热层供电以使电加热层产生热能；第一液体泵，其设置在所述太阳能集热模块的上水管路中，用以切换上水管路的开闭状态以控制是否使水液流入所述太阳能集热模块进行水液加热；第二液体泵，其设置在所述蓄热罐的换热管路中，用以通过控制换热管路的流速以控制所述相变蓄热材料中储存的热量交换至所述缓冲水箱的水液中使所述水液的温度升高至预设温度的速率；第三液体泵，其设置在所述供热末端的进水管路中，用以控制进水管路中水液的流量以使供热管路中回水管路内的水液温度达到预设值；所述供暖控制模块设置有第一放电电量标准Q0，当所述供暖控制模块判定向所述电加热层供电时，供暖控制模块根据所述充放电控制器检测的所述光伏集电模块的储备电量q与Q进行比对以确定是否采用光伏蓄电向所述电加热层供电，当q≤Q时，所述供暖控制模块判定储备电量不符合供电标准、光伏产电量不足，供暖控制模块控制所述充放电控制器关闭放电并采用市电向所述电加热层供电；当q＞Q时，所述供暖控制模块判定储备电量符合供电标准、光伏产电量充足，供暖控制模块控制所述充放电控制器开启放电以使用光伏储备电量向所述电加热层供电；所述供暖控制模块设置有市电使用第一时长标准TR1、市电使用第二时长标准TR2、第一光伏板调整系数β1和第二光伏板调整系数β2，其中，0＜TR1＜TR2＜6h，0＜β1＜1＜β2，当设备工作时，供暖控制模块以自然日为一个统计单位对预设统计周期内设备的市电平均使用时长tr进行统计并根据tr确定针对所述光伏集电模块光伏板面积的调整量以使设备能够充分利用太阳能，当tr≤TR1时，所述供暖控制模块判定市电使用时长短、光伏板储电量高，供暖控制模块将光伏板的建议面积调整至M，设定M=m0×β1，其中，m0为预设的光伏板面积；当TR1＜tr≤TR2时，所述供暖控制模块判定市电使用时长符合标准、光伏板储电量符合标准，供暖控制模块将光伏板的建议面积调整至M，设定M=m0；当tr＞TR2时，所述供暖控制模块判定市电使用时长长需增加储备热能，供暖控制模块将光伏板的建议面积调整至M，设定M=m0×β2并根据所述充放电控制器的放电时长tf与所述第二液体泵的开启时长th的差值△t确定是否需要增加所述相变蓄热材料的体积；所述供暖控制模块设置有蓄换热时长第一差值标准△T1、蓄换热时长第二差值标准△T2、第一体积调整系数μ1和第二体积调整系数μ2，其中，0≤△T1＜△T2，0.6＜μ2＜1＜μ1＜2，当光伏板面积变化时，供暖控制模块根据△t确定针对所述相变蓄热材料的体积的调整量，设定△t=th-tf，当△t＜△T1时，所述供暖控制模块判定蓄换热时长差值低于标准、所述相变蓄热材料蓄热量低，供暖控制模块将相变蓄热材料的体积调整至L，设定L=l0×μ1，其中，l0为调整前的相变蓄热材料的体积；当△T1≤△t＜△T2时，所述供暖控制模块判定蓄换热时长差值符合标准、所述相变蓄热材料蓄热量符合标准并且无需调整相变蓄热材料的体积；当△t≥△T2时，所述供暖控制模块判定蓄换热时长差值高于标准、所述相变蓄热材料蓄热量高，供暖控制模块将相变蓄热材料的体积调整至L，设定L=l0×μ2。

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