[发明专利]一种光伏驱动的太阳能主动循环式热水系统

说明书

技术领域

本发明属于太阳能光电光热综合利用领域，具体涉及光伏发电与太阳能热水系统的联合应用领域。

背景技术

太阳能被视为最具潜力的未来能源，现已成为世界各国争相发展的产业之一。我国开发利用太阳能已有几十年的历史，光热、光电利用技术趋于成熟，且已得到广泛的应用。光热方面，在我国太阳能热水系统已被社会广泛接受，按循环方式分为被动循环系统和主动循环系统。被动循环系统要求存储装置安装高度高于集热器，其不需循环动力，流量与热水器吸收的太阳能成正比，维护甚为简单，已被社会广泛采用。但这种热水器（系统）只适合于独立的小面积使用，而对于大型热水及采暖系统，或者性能要求较高的热水系统，或者水箱安装高度不适宜高于集热器的热水系统等等，一般均需要采用主动循环系统。而且当前大力推广的热水-采暖-热泵制冷一体化系统，其中并入的太阳能热水系统均需采用主动循环方式。当前这种主动循环的热水系统一般采用以下控制方式：当集热器顶端水温高于水箱底部水温5时，控制器开启启动循环泵。这种系统流量恒定，性能容易预测，同样条件下较自然循环系统可获得较高的水温，且较容易与建筑一体化设计与集中管理，用户体验更佳。

目前主动循环式系统的循环动力多为市电，根据温差的大小来启动和关闭循环。如此，系统依赖于电网，而且辐照较低时可造成泵的频繁开启与关闭，影响系统寿命。由于系统间歇循环，循环流量始终大于系统所需。采用变频泵取代交流循环泵，理论上可以有很好的节能效果，但根据光照强度调节循环泵转速的技术过于复杂、稳定性差，成本也很高，并不具有广泛的经济型。将太阳光部分转化为电能，作为系统的循环动力，直接驱动直流泵，将是一种很好的解决方案。中国专利ZL200710029601.5、ZL201020277225.9、ZL200710030104.7等都公开了利用太阳能发电然后驱动水泵提水的系统。这些系统在结构上的普遍特点是光伏输出需要MPPT控制器，需要蓄电池和充放电控制器，而且这种系统对于动力的需求及水力特性与辐照并无直接相关性，因而光伏电力仅作为电池的充电电源，其电池组成和输出伏安特性对系统的性能并无直接影响。

发明内容

为了实现利用热水循环系统的水力学特性、泵及电机特性、光伏的输出特性之间的耦合关系，使得系统的循环流量随着辐照的强度变化而变化，从而使系统所需的流量更小及电功耗更小、且热效率更高，本发明提供一种光伏驱动的太阳能主动循环式热水系统。

具体的技术解决方案如下：

 一种光伏驱动的太阳能主动循环式热水系统包括一组以上的集热器阵列1、第一光伏电池组2、第一直流循环泵3、水箱4，所述第一直流循环泵3串联在一组以上的集热器阵列1的循环进口和水箱4的水循环出口之间，一组以上的集热器阵列1的循环出口和水箱4的水循环进口连通；第一直流循环泵3 的输入电源端和第一光伏电池组2电连接，且由第一光伏电池组2驱动；所述每组集热器阵列1为太阳能平板集热器通过串联组成，两组以上的集热器阵列1通过并联连接；所述第一光伏电池组2为太阳能单晶硅光伏电池组或多晶硅光伏电池组；所述第一直流循环泵3为直流无刷离心式循环泵；所述水箱4为保温水箱；所述太阳能主动循环式热水系统的水力特性与第一直流循环泵3匹配后的伏安特性与第一光伏电池组2输出的伏安特性相互匹配，匹配后的第一直流循环泵3的输出流量随着辐照变化而变化，太阳能主动循环式热水系统的起动辐照为100～150W/㎡。

所述太阳能主动循环式热水系统的辐照为750～850W/㎡时，第一直流循环泵3达到最佳流量和扬程。

还包括盘管换热器8，所述盘管换热器8位于水箱4内，所述第一直流循环泵3串联在一组以上的集热器阵列1的循环进口和盘管换热器8的工质出口之间，一组以上的集热器阵列1的循环出口和盘管换热器8的工质进口连通。

还包括板式换热器5，所述第一直流循环泵3串联在一组以上的集热器阵列1的循环进口和板式换热器5的工质出口之间，一组以上的集热器阵列1的循环出口和板式换热器5的工质进口连通；板式换热器5的水循环出口连通着水箱4的水循环进口，板式换热器5的水循环进口连通着水箱4的水循环出口之间串联着第二直流循环泵6，第二直流循环泵6和第二光伏电池组7电连接，由第二光伏电池组7驱动；其中一组以上的集热器阵列1、板式换热器5和第一直流循环泵3构成一次系统，即工质循环系统；水箱4、板式换热器5和第二直流循环泵6构成二次系统，即水循环系统；所述第二直流循环泵6为直流无刷离心式循环泵。