本發(fā)明具體涉及一種熱泵輔助的太陽能熱電耦合采暖系統(tǒng)及其運(yùn)行控制方法，屬于太陽能熱電耦合采暖系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用光伏組件將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能；光伏組件在工作過程中，溫度會(huì)升高，從而其導(dǎo)致發(fā)電效率降低；太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，將光伏與空氣源熱泵技術(shù)進(jìn)行耦合，在光伏組件發(fā)電過程中，利用冷媒帶走多余熱量，在蒸發(fā)器（位于太陽能電池背板）和冷凝器之間形成換熱，降低組件表面溫度，在提高光伏發(fā)電量的同時(shí)，可向用戶提供生活熱水或采暖水；現(xiàn)有的熱電聯(lián)產(chǎn)結(jié)構(gòu)，如中國專利公開號：cn117781342a，公開的一種太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)裝置與地源熱泵耦合的儲(chǔ)熱供熱系統(tǒng)，該結(jié)構(gòu)在非采暖季對土壤進(jìn)行蓄熱，在采暖季供暖，可緩解地?zé)岵黄胶猬F(xiàn)象，提高地源熱泵的供熱效率和運(yùn)行壽命；但上述的熱電聯(lián)產(chǎn)裝置對光伏組件采用外部降溫，降溫效果一般，無法保證電能轉(zhuǎn)換效率，另外，通過外部換熱得到的熱能，溫度波動(dòng)大，且熱能輸出量少；且采暖過程中，熱泵始終處于運(yùn)行狀態(tài)，耗電量較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種熱泵輔助的太陽能熱電耦合采暖系統(tǒng)及其運(yùn)行控制方法，能夠保證穩(wěn)定供暖輸出溫度，且系統(tǒng)運(yùn)行更加節(jié)能。

2、本發(fā)明的熱泵輔助的太陽能熱電耦合采暖系統(tǒng)，包括：

3、熱電集合單元；

4、采暖蓄熱單元，所述采暖蓄熱單元包括下蓄熱筒，所述下蓄熱筒頂部設(shè)置有上蓄熱筒；所述下蓄熱筒和上蓄熱筒之間固定有隔熱層；所述下蓄熱筒軸心處固定有進(jìn)液管，所述隔熱層中心處固定有第一單向閥，所述上蓄熱筒軸心處固定有換熱腔，所述進(jìn)液管、第一單向閥和換熱腔依次連通，所述換熱腔頂部連接有采暖供液管；所述上蓄熱筒和下蓄熱筒內(nèi)側(cè)均設(shè)置有換熱環(huán)管；采暖蓄熱單元采用下蓄熱筒和上蓄熱筒，下蓄熱筒采用大體量的相變儲(chǔ)料，實(shí)現(xiàn)充分對納米流體熱量吸收和存儲(chǔ)，上蓄熱筒采用小體量的相變儲(chǔ)料，能夠快速被加熱到飽和狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)液管進(jìn)入到下蓄熱筒進(jìn)行初步預(yù)熱，接著，通過第一單向閥將熱量送入到換熱腔，利用擴(kuò)徑的換熱腔進(jìn)行緩流，使流介降速，通過上蓄熱筒對換熱腔內(nèi)的流介充分加熱到設(shè)定溫度后，在送入到供暖系統(tǒng)；

5、熱泵模塊，所述熱泵模塊的冷凝器換熱端接入到上蓄熱筒內(nèi)部；熱泵模塊的蒸發(fā)器能夠吸收采暖蓄熱單元送出的熱能，提高初始溫度，降低熱泵模塊耗能；

6、熱電耦合循環(huán)單元，所述熱電耦合循環(huán)單元包括循環(huán)泵，所述循環(huán)泵輸入端通過第一四通閥組接入到熱電集合單元的換熱輸出端；所述循環(huán)泵輸出端通過第二四通閥組接入到兩個(gè)第一閥組的輸入端，兩個(gè)所述第一閥組另一端分別連接到兩個(gè)換熱環(huán)管一端，上方的所述換熱環(huán)管另一端通過第二單向閥接入到下方的第一閥組的輸出端，納米流體被上蓄熱筒吸收熱量后，再通過下蓄熱筒進(jìn)行余熱二次吸收，從而實(shí)現(xiàn)對熱量的充分吸收和降低納米流體回流熱量；下方的所述換熱環(huán)管另一端連接到回流管，所述回流管接入到熱電集合單元的換熱輸入端；所述熱泵模塊的蒸發(fā)器兩端分別通過第一四通閥組和第二四通閥組另外兩端接入到回流管，所述熱泵模塊的蒸發(fā)器和第一四通閥組之間并接有第二閥組，所述第二閥組接入到循環(huán)泵輸出端；

7、電熱單元，所述電熱單元串接于第一四通閥組和循環(huán)泵之間，所述電熱單元通過整機(jī)控制模組接入到蓄電池；所述蓄電池通過電源管理單元與熱電集合單元電源匯流端連接。

8、熱電耦合循環(huán)單元能夠切換各個(gè)模式，最高優(yōu)先級為通過熱電集合單元直接向采暖蓄熱單元供熱，次優(yōu)先級為采用熱電集合單元和電熱單元配合，向采暖蓄熱單元供熱，三級優(yōu)先級為通過熱電集合單元和熱泵模塊配合，向采暖蓄熱單元供熱，四級優(yōu)先級為通過熱電集合單元和蓄熱筒配合，向上蓄熱筒供熱。

9、進(jìn)一步地，所述電熱單元包括串接于第一四通閥組和循環(huán)泵之間的臥式保溫罐，所述臥式保溫罐內(nèi)部固定有電熱管，所述電熱管通過整機(jī)控制模組接入到蓄電池；臥式保溫罐能夠存儲(chǔ)納米流體，同時(shí)通過直接加熱對上蓄熱筒供熱。

10、進(jìn)一步地，所述上蓄熱筒和下蓄熱筒均包括外支撐筒，所述外支撐筒內(nèi)壁固定有保溫層，所述保溫層內(nèi)側(cè)灌注有相變蓄熱填料；外支撐筒進(jìn)行外部支撐，外支撐筒內(nèi)部設(shè)置保溫層，能夠防止熱量擴(kuò)散，并通過相變儲(chǔ)熱填料進(jìn)行吸熱保溫。

11、進(jìn)一步地，所述熱電集合單元包括：

12、玻璃基板，所述玻璃基板頂面設(shè)置有穿透干涉層，所述穿透干涉層頂面設(shè)置有抗反射層；所述玻璃基板底面設(shè)置有金屬反射層；所述玻璃基板底面設(shè)置有內(nèi)部流道；所述內(nèi)部流道內(nèi)注有納米流體；玻璃基板采用高透光率（≥92%）的鋼化玻璃（厚度3-5mm），表面°；納米流體采用如al2o3-水基納米流體，濃度1%~3%，相對于純水，傳熱系數(shù)提升20%-35%；納米流體吸收紅外光能量，及吸收光伏電池?zé)崃?，?shí)現(xiàn)對光伏電池的冷卻；

13、絕緣導(dǎo)熱板，所述絕緣導(dǎo)熱板頂面間隔開設(shè)有槽面，所述槽面內(nèi)涂覆有導(dǎo)熱膠層；所述導(dǎo)熱膠層上安裝有異質(zhì)結(jié)電池；異質(zhì)結(jié)電池采用6*12片矩陣排列，單片異質(zhì)結(jié)電池尺寸為158.75mm*158.75mm；電池間距為5mm，預(yù)留內(nèi)部流道嵌入空間；所述內(nèi)部流道設(shè)置于異質(zhì)結(jié)電池之間，并壓合于絕緣導(dǎo)熱板上；通過在異質(zhì)結(jié)電池和槽面設(shè)置導(dǎo)熱膠層，通過導(dǎo)熱膠層的形變，抵消異質(zhì)結(jié)電池的熱應(yīng)力；內(nèi)部流道設(shè)置于絕緣導(dǎo)熱板和玻璃基板之間，能夠吸收兩者的導(dǎo)熱，對異質(zhì)結(jié)電池周邊降溫；

14、所述內(nèi)部流道的輸入端和輸出端分別為熱電集合單元的換熱輸入端和換熱輸出端。

15、進(jìn)一步地，所述絕緣導(dǎo)熱板背面設(shè)置有外部流道；所述內(nèi)部流道輸入端與外部流道輸出端連接；所述內(nèi)部流道的另一端為熱電集合單元的換熱輸出端，所述外部流道輸入端為熱電集合單元的換熱輸入端；通過外部流道吸收絕緣導(dǎo)熱板廢熱，并將廢熱通過內(nèi)部流道進(jìn)行二次加熱后，輸出熱能。

16、進(jìn)一步地，所述熱電集合單元的換熱輸出端和第一四通閥組之間串接有蛇形換熱管，所述蛇形換熱管密封于無動(dòng)力臨時(shí)儲(chǔ)熱箱；所述無動(dòng)力臨時(shí)儲(chǔ)熱箱內(nèi)部設(shè)置有pcm相變填料；當(dāng)熱電集合單元的換熱輸出端溫度無法滿足應(yīng)用溫度后，通過毛細(xì)力作用，實(shí)現(xiàn)熱電集合單元低品位熱值自動(dòng)傳遞到無動(dòng)力臨時(shí)儲(chǔ)熱箱的pcm相變填料中。

17、進(jìn)一步地，所述內(nèi)部流道包括開設(shè)于玻璃基板底面的導(dǎo)流槽，所述導(dǎo)流槽內(nèi)填充有uv樹脂；并通過光刻選擇性固化與顯影，通過uv樹脂和導(dǎo)流槽形成內(nèi)部流道；導(dǎo)流槽采用v形槽結(jié)構(gòu)，槽深為0.2-0.5mm；所述槽寬0.5-1mm；具體為：uv樹脂填充到導(dǎo)流槽后，通過光刻選擇性固化與顯影，將開放槽道轉(zhuǎn)化為封閉的流道，光刻選擇性固化為：通過光刻掩膜控制，精確界定流道區(qū)域，并建立樹脂固-液分區(qū)，僅固化非流道區(qū)域，溶解液態(tài)部分形成通道，導(dǎo)流槽提供支撐，uv樹脂作為頂蓋實(shí)現(xiàn)密封和傳熱。

18、進(jìn)一步地，所述回流管上通過切換管閥并接有半導(dǎo)體熱電發(fā)電單元；當(dāng)采暖蓄熱單元熱量飽和后，回流管溫度超過設(shè)定值時(shí)，切換管閥將回流的納米流體導(dǎo)入到半導(dǎo)體熱電發(fā)電單元進(jìn)行熱量消耗，半導(dǎo)體熱電發(fā)電單元進(jìn)行熱量和電能轉(zhuǎn)換，納米流體的熱量消耗后，回流到熱電集合單元溫度完成控制，避免影響異質(zhì)結(jié)電池發(fā)電效能。

19、一種熱泵輔助的太陽能熱電耦合采暖系統(tǒng)的運(yùn)行控制方法，用于控制熱泵輔助的太陽能熱電耦合采暖系統(tǒng)，控制過程具體如下：

20、第一步，能量獲取，熱電集合單元分別將太陽能轉(zhuǎn)換為電能和熱能，電能送入到蓄電池存儲(chǔ)，熱能輸出熱電集合單元；

21、第二步，熱能輸出模式選擇：實(shí)時(shí)監(jiān)測熱電集合單元的換熱輸出端溫度值，當(dāng)溫度值低于應(yīng)用溫度時(shí)，循環(huán)泵停機(jī)，直到換熱輸出溫度達(dá)到設(shè)定應(yīng)用溫度值時(shí)，循環(huán)泵開機(jī)；此時(shí)，監(jiān)測上蓄熱筒溫度，當(dāng)溫度值高于應(yīng)用溫度，且上蓄熱筒溫度低于設(shè)定值時(shí)，進(jìn)入上蓄熱筒蓄熱模式，具體循環(huán)路線為：熱電集合單元的換熱輸出端、第一四通閥組、電熱單元、循環(huán)泵、第二四通閥組、上部的第一閥組、上部的換熱環(huán)管、第二單向閥、下部的換熱環(huán)管、回流管至熱電集合單元的換熱輸入端；

22、當(dāng)換熱輸出端溫度值高于應(yīng)用溫度，且上蓄熱筒溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，進(jìn)入下蓄熱筒蓄熱模式，具體循環(huán)路線為：熱電集合單元的換熱輸出端、第一四通閥組、電熱單元、循環(huán)泵、第二四通閥組、下部的第一閥組、下部的換熱環(huán)管、回流管至熱電集合單元的換熱輸入端；

23、當(dāng)換熱輸出端溫度值低于應(yīng)用溫度，且上蓄熱筒溫度低于設(shè)定值時(shí)，判斷蓄電池是否為低位值；如果高于低位值，電熱單元直接加熱納米流體，并進(jìn)入上蓄熱筒蓄熱模式，通過納米流體直接對上蓄熱筒加熱，直到加熱溫度達(dá)到上蓄熱筒溫度或蓄電池下降到低位值時(shí)，電熱單元關(guān)閉；

24、當(dāng)換熱輸出端溫度值低于應(yīng)用溫度，高于下限溫度，上蓄熱筒溫度低于設(shè)定值時(shí)，蓄電池不高于低位值；進(jìn)入第一熱泵耦合蓄熱模式；具體循環(huán)路線為：熱電集合單元的換熱輸出端、第一四通閥組、電熱單元、循環(huán)泵、第二閥組、熱泵模塊的蒸發(fā)器、第二四通閥組、回流管至熱電集合單元的換熱輸入端，熱泵模塊的冷凝器對上蓄熱筒加熱；

25、當(dāng)換熱輸出端溫度值不高于下限溫度，上蓄熱筒溫度低于設(shè)定值時(shí)，蓄電池不高于低位值；進(jìn)入第二熱泵耦合蓄熱模式；具體循環(huán)路線為：下部的換熱環(huán)管下端、回流管、第一四通閥組、電熱單元、循環(huán)泵、第二閥組、熱泵模塊的蒸發(fā)器、第二四通閥組、下部的第一閥組至下部的換熱環(huán)管上端，熱泵模塊的冷凝器對上蓄熱筒加熱；

26、采暖，采暖進(jìn)液管將流介送入到進(jìn)液管，并依次通過單向閥和換熱腔后，進(jìn)入到采暖供液管，通過采暖供液管進(jìn)行供暖。

27、所述蓄電池高于高位值，通過電熱單元消耗多余電量。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的熱泵輔助的太陽能熱電耦合采暖系統(tǒng)及其運(yùn)行控制方法，對熱電集合單元持續(xù)溫控，保證熱電集合單元發(fā)電效率，并通過紅外光反射和接觸換熱方式，能夠高效產(chǎn)出熱量，供暖熱量預(yù)先通過熱電集合單元提供，當(dāng)熱電集合單元不足時(shí)，通過消耗蓄電池電能進(jìn)行熱量彌補(bǔ)，當(dāng)蓄電池電能不足時(shí)，通過熱電集合單元和熱泵模塊配合進(jìn)行熱量彌補(bǔ)，當(dāng)蓄電池電能和熱電集合單元輸出熱量均無法達(dá)到要求時(shí)，通過下蓄熱筒和熱泵模塊配合進(jìn)行熱量彌補(bǔ)，保證供暖系統(tǒng)熱量始終處于穩(wěn)定狀態(tài)；通過熱電耦合循環(huán)單元管路自動(dòng)匹配，熱泵模塊處于最低優(yōu)先級，且熱泵模塊的蒸發(fā)器初始熱能高，在保證穩(wěn)定供暖輸出時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行更加節(jié)能。