一种热泵式倍焦光伏发电冷却水利用相变蓄热系统

本发明涉及热泵储能蓄热，特别涉及一种热泵式倍焦光伏发电冷却水利用相变蓄热系统。

背景技术：

1、太阳能光伏板在转换阳光为电能的过程中，会产生热量。这些热量如果得不到有效散发，会导致光伏板内部温度过高。过高的温度会直接影响光伏板的工作效率和稳定性，降低其光电转换效率，甚至可能导致光伏板损坏。因此，散热是确保光伏板正常运行和延长其使用寿命的关键因素。微通道散热具有出色的散热效果。由于微通道散热器的散热面积相对较大，且通道非常细小，这使得它能够更快速、更有效地将热量分散和转移。相比于传统散热器，微通道散热技术与太阳能光伏板的结合，不仅可以提高光伏板的散热效果，还能提升其工作效率和稳定性，为太阳能产业的发展带来更大的推动力。

2、太阳能光伏板冷却水的余热利用具有很广阔的前景，体现了节能减排的目标。本专利采用热泵系统对太阳能光伏板冷却水进行热量回收利用，将冷却水余热利用到生活用水当中。目前，如若期望太阳能冷却水余热回收能二十四小时持续不间断加热生活用水，仍面临一些挑战。最大的不足即在于未能解决如何使太阳能的冷却水余热在回收后还能被持续且稳定储存的问题，其热量不稳定，具有一定的波动性与间歇性，其根本原因在于即未能将余热回收与相变储能技术很好地结合。

3、另外，一些现有专利在相变储热材料的选择和设计方面也仍存在局限性。相变储热材料的性能、稳定性、成本等因素对系统的整体性能至关重要。如果选用的相变材料不够稳定或成本过高，可能会限制系统的商业化应用，或导致储热系统的性能不佳，甚至影响到整个热泵系统的稳定运行。

4、综上所述，本发明将进行系统集成和优化设计，综合考虑热泵系统、相变储热系统以及其他辅助设备之间的协调和优化，对现有技术进行进一步的研究和改进，以克服现今存在的一些缺陷和挑战，从而实现整个系统的高效运行和稳定性。

技术实现思路

1、本发明提供一种热泵式倍焦光伏发电冷却水利用相变蓄热系统，通过将太阳能板冷却水中的热能转移到生活用热水，从而提高系统整体效率，同时减少了对环境的污染。

2、所述太阳能热泵系统包括蒸发器、气液分离器、压缩机、冷凝器、蓄热器、流量检测装置、温度检测装置、节流阀等组件。

3、天气状况良好的情况下，将冷却过太阳能板后的高温冷却水通入蒸发器外层，并将热能传递至蒸发器内层的冷凝剂促使冷凝剂汽化，然后通过气液分离器将其中的未汽化的冷凝剂分离出来重新通入蒸发器，剩余气体为低压干蒸汽。

4、低压干蒸汽被压缩机压缩成高压蒸汽并通过冷凝器的内层。在冷凝器外层，生活用冷水通入冷凝器，使高压蒸汽液化为高压温度较低的冷凝剂，同时提供热量给约20摄氏度的生活用水使其升温成为生活用热水，紧接着高压较低温的冷凝剂通过流量检测装置后进入蓄热器内层，这里可通过流量检测装置的参数判断冷凝剂的状态并根据冷凝剂实际状态通过设置在冷凝器上的阀门控制相变材料的流动，此时将剩余热量传递给蓄热器中的相变材料储存起来，从外圈管道流出常温高压的冷凝剂经过温度检测装置和节流阀后变为正常的冷凝剂，继续用于吸收来自太阳能板冷却水的热量。

5、天气状况较差的情况下，通过控制阀门的状态，将生活用冷水通过蓄热器内圈管道，传递相变材料的热量，将生活用冷水变为热水。

6、所述蓄热器分为内圈和外圈，内圈通入生活用冷水，外圈通过视液镜通入50℃冷凝剂。蓄热器具体规格为高1000mm，直径400mm，内外筒材质为304不锈钢，中间采用厚度为50mm的b1级孚勒斯橡塑。

7、蒸发器采用翅片式蒸发器，其具有大表面积和高热传导性，能够有效增强蒸发器的换热效率同时也适用于气体的传热，冷凝器采用套管式冷凝器，其能提供较大的冷凝表面积，有助于高效地冷凝制冷剂。这对于将高温、高压的冷凝剂转化为液态态是至关重要的。制冷剂为r123。

8、有益效果：

9、本发明的太阳能热泵系统充分利用太阳能板吸收的热能，通过热泵系统提高了能源的转化效率，实现了太阳能热水的稳定供应。

10、通过气液分离器的引入，系统可高效地将蒸发器中的冷凝剂分离，提高了压缩机的工作效率。

11、蓄热器的设计使得系统在白天蓄热、晚上释能，通过相变材料储存热量，提高了系统的可持续性和稳定性。

12、本发明的系统在冷却太阳能板的同时为生活用水提供热能，能够在不同气象条件下持续稳定供热。

技术特征：

1.一种热泵式倍焦光伏发电冷却水利用相变蓄热系统，其特征在于，所述系统有：太阳能板微通道散热系统；热泵循环系统；相变储热系统；冷凝器；蒸发器；压缩机；温度监测模块；流量监测模块；节流阀；固液分离器。

2.根据权利要求1所述的一种热泵式倍焦光伏发电冷却水利用相变蓄热系统，其特征在于，太阳能板微通道散热系统包括微通道散热冷却水循环与太阳能发电板。

3.根据权利要求1所述的一种热泵式倍焦光伏发电冷却水利用相变蓄热系统，其特征在于，相变蓄热单元包括箱体设计、保温设计和水循环设计。

4.根据权利要求1所述的一种热泵式倍焦光伏发电冷却水利用相变蓄热系统，其特征在于，相变蓄热单元箱体设计包括内外圈流体管道，内外圈304钢和特种ppr保温封装。

5.根据权利要求1所述的一种热泵式倍焦光伏发电冷却水利用相变蓄热系统，其特征在于，热泵循环系统包括压缩机、蒸发器、冷凝器、温度监测模块、流量监测模块、固液分离器和节流阀。

6.根据权利要求1所述的一种热泵式倍焦光伏发电冷却水利用相变蓄热系统，其特征在于，热泵循环中蒸发器为翅片式蒸发器。

7.根据权利要求1所述的一种热泵式倍焦光伏发电冷却水利用相变蓄热系统，其特征在于，热泵循环中冷凝器为套管式冷凝器。

8.根据权利要求1所述的一种热泵式倍焦光伏发电冷却水利用相变蓄热系统，其特征在于，热泵循环中冷凝剂为r123冷凝剂。

9.根据权利要求1所述的一种热泵式倍焦光伏发电冷却水利用相变蓄热系统，其特征在于，水循环系统包括冷凝剂循环、光伏发电冷却水循环和生活用水循环。

10.根据权利要求1所述的一种热泵式倍焦光伏发电冷却水利用相变蓄热系统，其特征在于，蓄热模式下，生活用水循环直接通过冷凝器进行加热。

11.根据权利要求1所述的一种热泵式倍焦光伏发电冷却水利用相变蓄热系统，其特征在于，加热模式下，生活用水循环先通过相变蓄热单元进行一次加热，再通过冷凝器进行二次加热。

技术总结本发明涉及储热换热领域，公开了一种热泵式倍焦光伏发电冷却水利用相变蓄热系统，包括倍焦太阳能板微通道散热系统；相变蓄热单元；压缩机；蒸发器；冷凝器；温度监测装置；流量监测装置；气液分离器；节流阀。整个系统分为蓄热模式和加热模式，蓄热模式下，相变蓄热单元内圈不通生活用冷水，只通外圈冷凝剂进行吸热，加热模式下，内圈通生活用冷水，相变蓄热单元对生活用冷水放热，进行二次加热。整个系统利用了太阳能发电的余热，将其热量用于居民生活，提高了对太阳能的利用率，增强了居民生活的舒适度与便捷性，减少了因生活用水使用的煤炭资源，更有利于碳减排和碳中和。技术研发人员：张东伟,许梓健,刘烨,王成林,王珂,汤松臻,张怡和,刘雨锟,谢悦涵,郭柯岩受保护的技术使用者：郑州大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23