一种跨临界二氧化碳热泵耦合太阳能PVT组件的供热装置的制作方法

本发明涉及太阳能光伏光热技术以及跨临界二氧化碳热泵的领域，具体涉及一种跨临界二氧化碳热泵耦合太阳能pvt组件的供热装置。

背景技术：

1、太阳能具有分布广泛、容易获取、蕴藏能量大、清洁无污染等特点，已逐渐成为化石能源的重要替代物，太阳能的综合利用是解决能源问题和环境污染问题的有效途径之一。太阳能作为一种低品位高分散的可再生能源，光伏系统能直接将光能转换成电能，是市面上太阳能利用的常用方式。然而，传统的晶硅光伏组件在转换效率上仍面临一定的瓶颈，即便在最佳条件下，其转换效率也难突破30％的界限。这使得大量的太阳能未能得到有效利用，而不可避免地转化为了废热，进而导致光伏板的工作温度显著高于环境温度降低了发电效率。过高的温度不仅影响光伏板的发电效率，还会对其使用寿命构成威胁。

2、针对这种情况，出现了一种新型pvt板(光伏(pv)和光热(pt)一体化)，这种pvt板是在光伏组件的基础上增加换热微流道，并与光伏组件有机地结合在一起。通过循环在换热微通道内的介质将光伏组件表面的热量转化为可利用的热量，同时可以有效降低光伏组件表面的温度，进而提升光伏组件的电转换率。如果能将pvt光伏组件运用到热泵供热系统，可以节省许多能源，现有技术中也有利用光伏热的热泵供热系统；如授权公告号为cn218583267的中国专利公开了一种pvt热泵储热供热系统，包括压缩机、冷凝换热器、加热水箱、节流装置、pvt组件、储热水箱组和光伏控制系统；压缩机、冷凝换热器、节流装置和pvt组件依次连接，构成一个循环制热系统，为加热水箱内的自来水加热。该系统实际上是利用了光伏发电技术和pvt热泵技术对用户供暖，然而该系统只有pvt组一个热源，可靠性得不到保障，并且没有考虑无太阳辐射情况，且pvt组在使用时并未解决产生光伏废热的问题，导致了该专利提供的装置对太阳能利用率不高。并且大量的光伏废热会产生高温环境，高温下的光伏板工作时会出现热斑现象，严重时甚至可能导致光伏组件起火，给运营安全带来重大隐患。如何进一步提升太阳能的利用效率并有效减少光伏废热的产生，已成为一个本领域内亟待解决的关键问题。

3、因此，目前需要一种进一步提升太阳能的利用效率并能有效减少光伏废热的产生的光伏供热系统装置。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供了一种跨临界二氧化碳热泵耦合太阳能pvt组件的供热装置。解决了目前光伏光热系统太阳能利用效率低且使用时产生大量废热的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种跨临界二氧化碳热泵耦合太阳能pvt组件的供热装置，其特征在于：所述的跨临界二氧化碳热泵耦合太阳能pvt组件的供热装置包括pvt集热蒸发器和热泵循环模块；热泵循环模块内设置有翅片蒸发器，pvt集热蒸发器的热泵工质输出端通过管道连接到热泵循环模块的热泵工质输入端，热泵循环模块的热泵工质输出端通过管道连接到pvt集热蒸发器的热泵工质输入端；热泵循环模块内的翅片蒸发器与pvt集热蒸发器通过管道并列连接，且所述管道上设置有用于控制热泵循环模块输出的热泵工质流向的切换机构；

3、所述热泵循环模块还设置有用于冷凝散热的冷凝端，其中，所述冷凝端换热产生的热量为待加热设备供热；

4、所述的热泵工质为二氧化碳。

5、基于上述的跨临界二氧化碳热泵耦合太阳能pvt组件的供热装置，进一步的，还包括光伏发电调控模块，光伏发电调控模块与所述的pvt集热蒸发器、热泵循环模块和切换机构之间电连接。

6、基于上述的跨临界二氧化碳热泵耦合太阳能pvt组件的供热装置，进一步的，所述的光伏发电调控模块包括光伏逆控一体机和蓄电池；光伏逆控一体机的电流输入端与所述的pvt集热蒸发器的电流输出端通过导线连接，光伏逆控一体机的电流输出端与热泵循环模块的电流输入端通过导线连接；所述的蓄电池电连接所述光伏逆控一体机的供电端。

7、基于上述的跨临界二氧化碳热泵耦合太阳能pvt组件的供热装置，进一步的，所述的光伏逆控一体机的电流输出端接入电网；所述电网的电流输出端通过导线连接在所述的热泵循环模块的电流输入端。

8、基于上述的跨临界二氧化碳热泵耦合太阳能pvt组件的供热装置，进一步的，所述的切换机构为第一电磁阀组件和第一电磁阀组件，其中第一电磁阀组件设置在pvt集热蒸发器所在的管线上，第一电磁阀组件设置在翅片蒸发器所在的管线上。

9、所述切换机构使得热泵循环模块拥有两种工作模式：

10、(1)当有太阳辐照时，与翅片蒸发器连接的第二电磁阀组件关闭，热泵工质通过pvt集热蒸发器运行，完成供热；

11、(2)无太阳辐照时，与pvt集热蒸发器连接的第一电磁阀组件关闭，与翅片蒸发器连接的第二电磁阀组件开启，热泵工质通过翅片蒸发器运行，完成供热。

12、基于上述的跨临界二氧化碳热泵耦合太阳能pvt组件的供热装置，进一步的，所述的热泵循环模块包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和翅片蒸发器；所述的pvt集热蒸发器和翅片蒸发器的热泵工质输出端与压缩机的热泵工质输入端通过管道连接，压缩机的热泵工质输出端与冷凝器的热泵工质输入端通过管道连接，冷凝器的热泵工质输出端通过管道连接到膨胀阀的热泵工质输入端，经膨胀阀后连接到pvt集热蒸发器和翅片蒸发器的热泵工质输入端；其中，所述的冷凝器为所述的热泵循环模块的冷凝端。

13、基于上述的跨临界二氧化碳热泵耦合太阳能pvt组件的供热装置，进一步的，所述的冷凝器内设置有一个集热水箱；集热水箱的出水口连接有采暖供水管，所述集热水箱的进水口连接有采暖回水管。

14、基于上述的跨临界二氧化碳热泵耦合太阳能pvt组件的供热装置，进一步的，所述集热水箱的出水口连接的采暖供水管上设有第一控制阀，所述集热水箱的进水口连接的采暖回水管上设有第二控制阀。

15、基于上述的跨临界二氧化碳热泵耦合太阳能pvt组件的供热装置，进一步的，所述pvt集热蒸发器包括多个太阳能pvt组件，太阳能pvt组件包括从上至下依次放置的玻璃盖板层、eva胶膜、光伏电池片、eva胶膜和铝基背板，所述的铝基背板内包括一个换热流体通道；

16、所述的太阳能pvt组件的光伏电池片与光伏发电调控模块通过导线连接，所述的太阳能pvt组件的换热流体通道与热泵循环模块通过管道连接；

17、所述的太阳能pvt组件上的玻璃盖板层包括用于辐射散热的上表面，铝基背板的下表面涂敷有用于吸收辐射的黑色涂层。

18、基于上述的跨临界二氧化碳热泵耦合太阳能pvt组件的供热装置，进一步的，所述的翅片蒸发器内设有加热室。

19、有益效果：

20、(1)本发明公开的这种供热装置，一方面通过热泵工质的流动带走太阳能pvt组件工作时产生的无用热量，实现了减少光伏废热的目的，有效降低了太阳能pvt组件表面的温度，提高了太阳能pvt组件的电转换率，太阳能pvt组件工作产生电能并通过光伏发电调控模块调控输出用以驱动热泵循环模块内的负载，另一方面在管道内循环流动的热泵工质通过热泵循环模块将从太阳能pvt组件表面吸收的热量转化为了可利用的热量，进一步提升了太阳能的利用效率并有效减少了光伏废热的产生。

21、(2)本发明公开的这种供热装置，采用二氧化碳作为热泵工质进行潜热交换,二氧化碳作为热泵工质，其odp(消耗臭氧潜能值)＝0,gwp(全球变暖潜能值)＝1,临界点为31.3℃、7.38mpa，压缩机吸气比容小，容积制热量大；临界温度低，二氧化碳作为热泵工质的放热过程不是在两相区冷凝，而是在接近或超过临界点的区域放热，放热过程为变温过程，有较大的温度滑移，正好与所需的变温热源相匹配，是一种特殊的洛伦兹循环，有较高的制热cop(能源效率转换比)系数。

22、(3)本发明公开的这种供热装置，太阳能pvt组件与热泵循环模块相互耦合，pvt集热蒸发器和翅片蒸发器作为整体进行供热，使得在室外低温环境下，本装置在有无太阳辐射时都可以为用户提供热水。

23、(4)本发明公开的这种供热装置，热泵循环模块的两种工作模式，使得本发明公开的供热装置在有无太阳辐射时皆可以正常运转，可以昼夜对水箱进行加热，使得使用者任何时间都可以换的热水。

24、(5)本发明公开的这种供热装置，光伏逆控一体机连接在电网上，电网连接有压缩机和翅片蒸发器，当太阳能pvt组件的发电量不足时，压缩机和翅片蒸发器可以从电网获得电能，驱动热泵循环模块制热，避免供热装置出现因电量不足而停止工作的情况。