一種制冷劑泵驅動的太陽能PVT熱電聯供系統的制作方法

本發明涉及一種制冷劑泵驅動的新型制冷劑機械循環太陽能熱泵系統，可同時同步高效開發利用太陽能資源的太陽能PVT熱電聯供系統。

背景技術：

太陽能集熱器目前已經在能源動力、制冷空調、社會生活、航天科技等領域有著十分廣泛的應用，但是對太陽能的利用也存在著諸多問題。太陽能利用率較低是目前太陽能能源利用的瓶頸。能夠顯著提高太陽能光伏發電過程中的太陽能綜合利用效率，并解決光伏電池片的冷卻問題，實現太陽能光伏/光熱資源同時同步深度開發利用的太陽能熱電聯供系統已開始展現其性能優勢。在傳統的太陽能熱電聯供系統中，冷卻水在外界溫度較低時會發生凍結，從而影響系統的正常運行，甚至會破壞熱電聯產組件板芯的結構，在寒冷地區的應用受到限制。因此，發明一種以制冷劑作為冷卻介質，能量利用效率更高，且系統運行穩定性更好的熱電聯產組件和熱電聯供系統具有較大的實用價值。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種使用制冷劑作為冷卻介質，能量利用效率更高，且運行穩定性更好的制冷劑泵驅動的太陽能PVT熱電聯供系統。

本發明的技術方案：

一種制冷劑泵驅動的太陽能PVT熱電聯供系統，包括電力系統和制冷劑機械循環太陽能熱泵系統，兩系統之間相對獨立；

制冷劑機械循環太陽能熱泵系統包括水子系統和制冷劑子系統；

水子系統是由循環水泵作為動力驅動，包括蓄熱水箱、循環水泵和板式換熱器；在板式換熱器中實現熱量交換，將制冷劑吸收的熱量傳遞到水中，循環水泵作為動力裝置，將熱水的熱量儲存在蓄熱水箱中，由此完成水系統循環。

制冷劑子系統由制冷劑泵作為動力驅動，包括高效太陽能熱電聯產組件、板式換熱器、制冷劑泵和儲液罐，制冷劑泵將儲液罐中液體制冷劑送入高效太陽能熱電聯產組件的換熱管流道中，換熱管流道中制冷劑蒸氣進入板式換熱器，在板式換熱器內與水進行換熱，冷凝為液體的同時釋放出熱量，再沿流道匯集到儲液罐中；

其中，高效太陽能熱電聯產組件，由高效太陽能蒸發板和光伏電池片組成，層間由EVA膠膜層壓粘接，四周用鋁合金邊框封裝，背面做保溫處理，其結構自上而下分別為：玻璃蓋板、EVA膠膜、光伏電池片、EVA膠膜、黑色太陽能背板、EVA膠膜、高效太陽能蒸發板、保溫層和封裝底板。

所述的高效太陽能蒸發板用于收集太陽輻射能的金屬整體式太陽能集熱板，其一面為平板結構、另一面為制冷劑蛇形半圓式流道；其上設有一個進口和兩個以上出口；高效太陽能蒸發板的四周向制冷劑蛇形半圓式流道面形成L形折邊，以提高高效太陽能蒸發板自身的抵抗變形的強度；制冷劑蛇形半圓式流道中制冷劑作為換熱媒介，氣液兩相流，高效太陽能蒸發板采用的流道管徑為1～3mm的狹小制冷劑管路，且流道數量和總流通面積逐漸增加，以適應太陽能蒸發板內制冷劑氣液兩相流的特點以及最終出口處全部為制冷劑蒸氣的特性。

所述的進口和出口處均采用插入焊的形式，焊接銅管引出，并且進口和出口處的引出管均由下端接出，保證高效平板式太陽能蒸發板正面為平面。

一種高效平板式太陽能蒸發板的制備方法，步驟如下：

采用單面吹脹或模板加工工藝制作而成的，采用兩塊金屬板材，首先在下層板材上刻畫出制冷劑蛇形半圓式流道形式圖，再將兩塊金屬板材復合并在四周焊接，再經熱軋、冷軋和退火工藝，最后用氮氣進行整體吹脹，此加工過程中保證一面為平板，另一面形成外鼓的制冷劑蛇形半圓式流道。一個進口多個出口的設計方式，沿管路逐漸由兩管制分流為多管制，以減小流場阻力，保證流場穩定性。

本發明的有益效果：

1.一種制冷劑泵驅動的太陽能PVT熱電聯供系統不同于傳統熱泵系統形式的是，本系統是采用制冷劑泵作為驅動動力的機械循環，同時可通過制冷劑泵變頻來調節制冷劑流量，而不采用傳統熱泵系統的壓縮機循環的形式，從而更容易實現制冷劑流量控制和系統在不同工況下的穩定運行。

2.高效太陽能熱電聯產組件的光伏電池片采用高效單晶硅太陽能電池片，在正常工作過程中，光伏電池片通過光生伏特效應將太陽能轉化為電能輸出，但發電的同時電池片自身會發熱，過高的溫度會降低其發電效率，而且會縮短其使用壽命，高效太陽能熱電聯產組件下層的高效太陽能蒸發板流道內流通制冷劑，液體制冷劑通過自身的相變，吸熱蒸發為制冷劑蒸氣，此過程可吸收熱量，起到給光伏組件降溫的效果，提高電池片的發電效率，同時這部分熱量得以利用，從而在最大程度上提高太陽能的綜合利用效率。

3.電力系統設計有三種模式可選，并網發電系統、市電互補離網發電系統和儲能及微電網系統，并可以協同配合使用和靈活轉變切換。

附圖說明

圖1為一種制冷劑泵驅動的太陽能PVT熱電聯供系統原理圖。

圖2為高效太陽能熱電聯產組件整體封裝俯視圖。

圖3為高效太陽能蒸發板結構圖。

圖4為高效太陽能熱電聯產組件A-A剖面圖(組件分層結構圖)。

圖中：1補水閥；2電加熱器；3蓄熱水箱；4循環水泵；5板式換熱器；6儲液罐；7制冷劑泵；8干燥過濾器；9高效太陽能熱電聯產組件；10電磁閥；11水子系統；12制冷劑子系統；13高效太陽能熱電聯產組件；14單晶硅光伏電池片；15進口；16出口；17制冷劑流道；a封裝底板；b保溫層；c高效太陽能蒸發板；d EVA膠膜；e黑色太陽能背板；f EVA膠膜；g光伏電池片；hEVA膠膜；i超白鋼化玻璃。

具體實施方式

以下結合附圖和技術方案，進一步說明本發明的具體實施方式。

一種制冷劑泵驅動的太陽能PVT熱電聯供系統，包括電力系統和制冷劑機械循環太陽能熱泵系統，兩系統之間相對獨立；

制冷劑機械循環太陽能熱泵系統包括水子系統和制冷劑子系統；

水子系統是由循環水泵作為動力驅動，包括蓄熱水箱、循環水泵和板式換熱器；在板式換熱器中實現熱量交換，將制冷劑吸收的熱量傳遞到水中，循環水泵作為動力裝置，將熱水的熱量儲存在蓄熱水箱中，由此完成水系統循環。

制冷劑子系統由制冷劑泵作為動力驅動，包括高效太陽能熱電聯產組件、板式換熱器、制冷劑泵和儲液罐，制冷劑泵將儲液罐中液體制冷劑送入高效太陽能熱電聯產組件的換熱管流道中，換熱管流道中制冷劑蒸氣進入板式換熱器，在板式換熱器內與水進行換熱，冷凝為液體的同時釋放出熱量，再沿流道匯集到儲液罐中；

其中，高效太陽能熱電聯產組件，由高效太陽能蒸發板和光伏電池片組成，層間由EVA膠膜層壓粘接，四周用鋁合金邊框封裝，背面做保溫處理，其結構自上而下分別為：玻璃蓋板、EVA膠膜、光伏電池片、EVA膠膜、黑色太陽能背板、EVA膠膜、高效太陽能蒸發板、保溫層和封裝底板。

所述的高效太陽能蒸發板用于收集太陽輻射能的金屬整體式太陽能集熱板，其一面為平板結構、另一面為制冷劑蛇形半圓式流道；其上設有一個進口和兩個以上出口；高效太陽能蒸發板的四周向制冷劑蛇形半圓式流道面形成L形折邊，以提高高效太陽能蒸發板自身的抵抗變形的強度；制冷劑蛇形半圓式流道中制冷劑作為換熱媒介，氣液兩相流，高效太陽能蒸發板采用的流道管徑為1～3mm的狹小制冷劑管路，且流道數量和總流通面積逐漸增加，以適應太陽能蒸發板內制冷劑氣液兩相流的特點以及最終出口處全部為制冷劑蒸氣的特性。

所述的進口和出口處均采用插入焊的形式，焊接銅管引出，并且進口和出口處的引出管均由下端接出，保證高效平板式太陽能蒸發板正面為平面。

一種高效平板式太陽能蒸發板的制備方法，步驟如下：

采用單面吹脹或模板加工工藝制作而成的，采用兩塊金屬板材，首先在下層板材上刻畫出制冷劑蛇形半圓式流道形式圖，再將兩塊金屬板材復合并在四周焊接，再經熱軋、冷軋和退火工藝，最后用氮氣進行整體吹脹，此加工過程中保證一面為平板，另一面形成外鼓的制冷劑蛇形半圓式流道。一個進口多個出口的設計方式，沿管路逐漸由兩管制分流為多管制，以減小流場阻力，保證流場穩定性。

系統正常工作過程中，太陽光照射到高效太陽能熱電聯產組件上，光伏電池片利用光生伏特效應將光能直接轉化為直流電能輸出，再通過逆變器的轉換，將直流電能轉化為交流電能輸出。但電池片發電的同時自身會發熱，同時涂有選擇性吸收涂層的高效太陽能蒸發板也會吸收太陽輻射能而使板面溫度升高，過高的溫度會降低電池片的發電效率，而且會縮短其使用壽命。此時，太陽能蒸發板流道內的制冷劑循環可以有效的起到給電池片降溫的效果，提高電池片的發電效率，同時這部分熱量得以利用，從而在最大程度上提高了太陽能的綜合利用效率。具體是通過制冷劑機械循環太陽能熱泵系統來實現的，系統在正常工作過程中，制冷劑泵將儲液罐中的液體制冷劑送入高效太陽能熱電聯產組件的換熱管流道中，液體制冷劑通過自身的相變，沿管路逐漸吸熱蒸發，逐漸變為制冷劑蒸氣，最終當制冷劑完全流經蒸發板后，則全部蒸發為制冷劑蒸氣，從出口流出后，進入板式換熱器，在板式換熱器內與水進行換熱，冷凝為液體的同時釋放出熱量，再沿流道匯集到儲液罐中。制冷劑泵作為動力裝置，完成制冷劑系統循環。通過此制冷劑機械循環太陽能熱泵系統，將這兩部分熱量得以高效利用，提高了太陽能的綜合利用效率。

電力系統可分為并網發電系統、市電互補離網發電系統和儲能及智能微電網系統，并可以協同配合使用和靈活轉變切換。光伏并網發電系統是將組件發出的電量并入國家電網，再從國家電網取電供給用戶負載使用，工作模式可以有全部上網、全部自用和自發自剩余電量上網三種，該套系統主要由并網逆變器、智能電表、用戶配電柜等組成，之間用導線連接。市電互補離網發電系統是將組件發出的電量全部儲存在蓄電池組中，再通過離網逆變器從蓄電池組中取電，供給用戶負載使用，并由光伏控制器來控制蓄電池的充放電過程，并具有過充過放保護作用，該套系統主要由光伏控制器、蓄電池組、離網逆變器組成。儲能及智能微電網系統是太陽能光伏組件與國家電網并列運行的，光儲系統可以獨立供電，支持市電優先、微網優先、并列運行三種工作模式，可以實現各模式間的無縫切換，該套系統主要由光伏控制器、蓄電池組、儲能變流器和智能配電柜等設備部件組成。

一種制冷劑泵驅動的太陽能PVT熱電聯供系統中的所有用電設備，如水泵、制冷劑泵、蓄熱水箱電加熱器等，其電力來源全部可以由系統本身所發的電來提供，可以實現系統用電的“自給自足”。且該系統不消耗任何常規能源，而是利用取之不盡、用之不竭的太陽能清潔能源，能源來源充足，綠色無污染。系統安全可靠，沒有爆炸、漏電、漏氣等會造成人身傷害的危險，且可實現自動運行，操作簡單，無維修工作量。系統設有輔助加熱設施和儲熱蓄電設施，即使夜間或陰雨天以及太陽被云層遮蔽時，可充分發揮其功能，也能全天候使用。

一種制冷劑泵驅動的太陽能PVT熱電聯供系統便于連接和組裝，打破了傳統太陽能集熱器的單一運行模式，可以同時實現太陽能向熱能和電能的轉化，實現太陽能的多元化利用，能夠顯著提高太陽能的利用效率，最大程度上達到了節能減排的效果。