本技術(shù)屬于太陽(yáng)能光伏發(fā)電以及空氣源熱泵，具體涉及一種近零碳排放的光伏-空氣源熱泵互補(bǔ)供能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本實(shí)用新型相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、房屋建筑能耗屬于整體能源消耗的重要一部分，而且房屋建筑全過(guò)程碳排放總量在能源相關(guān)碳排放的比重較多，且其中的建筑運(yùn)行階段碳排放占比靠前，因此，建筑運(yùn)行階段的節(jié)能減碳是非常重要的。

3、空氣源熱泵系統(tǒng)是利用逆卡諾循環(huán)原理，不斷從空氣中吸收難以利用的低品位熱能，轉(zhuǎn)化為可用的高品位熱能，從而實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)供熱水、供暖。在制備同等體量和溫升熱水的情況下，空氣源熱泵的運(yùn)行費(fèi)用約為電熱水鍋爐的19.6％，約為燃?xì)忮仩t的27.4％?？諝庠礋岜孟到y(tǒng)的性能系數(shù)(coefficient?of?performance,cop)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)受到多因素影響(主要包括環(huán)境氣象參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)、調(diào)控方案等)，其運(yùn)行cop較低，還有較大的節(jié)能空間?？諝庠礋岜檬苁彝猸h(huán)境溫度的影響較大，環(huán)境溫度影響熱泵室外換熱器端的換熱，進(jìn)而影響蒸發(fā)溫度，而熱泵的性能系數(shù)往往隨著蒸發(fā)溫度的升高而增大。特別是在低溫環(huán)境下，受制于壓縮機(jī)性能、室外換熱器性能和機(jī)組進(jìn)水溫度，機(jī)組的能源效率明顯下降。

4、太陽(yáng)能光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)，主要由太陽(yáng)電池板(組件)、控制器和逆變器三大部分組成。當(dāng)前光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率僅為20％左右，實(shí)際應(yīng)用時(shí)甚至更低，光伏組件接收的太陽(yáng)輻射中大部分以熱能形式散失，導(dǎo)致光伏板工作溫度升高，當(dāng)散熱不良時(shí)可高達(dá)80℃。光伏板工作溫度直接影響光電轉(zhuǎn)換效率和運(yùn)行壽命，如晶體硅光伏電池板在溫度超過(guò)40℃后，表面溫度每升高1℃，光電轉(zhuǎn)換效率下降0.3％-0.5％；達(dá)到其工作溫度上限后，每升高10℃，老化速率加快一倍，高溫將加速電池?zé)峤到?，?duì)其造成不可逆結(jié)構(gòu)性損傷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型為了解決上述問(wèn)題，提出了一種近零碳排放的光伏-空氣源熱泵互補(bǔ)供能系統(tǒng)，本實(shí)用新型以空氣為介質(zhì)從光伏組件處取光伏發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的余熱，并利用余熱加熱熱泵室外換熱器的進(jìn)風(fēng)，提高熱泵端的蒸發(fā)溫度，特別是冬季時(shí)段，可避免蒸發(fā)器端由于溫度過(guò)低造成結(jié)霜、cop過(guò)低等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)光伏組件冷卻、提升光電轉(zhuǎn)換效率和空氣源熱泵系統(tǒng)提質(zhì)增效，且光伏系統(tǒng)可為建筑和空氣源熱泵提供電力支持，助力實(shí)現(xiàn)建筑供能系統(tǒng)的低碳化或零碳化。

2、根據(jù)一些實(shí)施例，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

3、一種近零碳排放的光伏-空氣源熱泵互補(bǔ)供能系統(tǒng)，包括光伏組件、空氣源熱泵子系統(tǒng)和氣流通道，其中：

4、所述光伏組件用于獲取太陽(yáng)能，將一部分太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，大部分太陽(yáng)能以熱能形式散失，利用散失的熱能加熱所述空氣源熱泵子系統(tǒng)的蒸發(fā)器的進(jìn)風(fēng)；

5、所述空氣源熱泵子系統(tǒng)，包括蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器、儲(chǔ)冷水箱、儲(chǔ)熱水箱和膨脹閥，所述蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑與空氣換熱，蒸發(fā)器的一端連接冷凝器，且連接管路上設(shè)置有壓縮機(jī)，冷凝器內(nèi)發(fā)生熱交換，生成的熱水通過(guò)管路輸送至儲(chǔ)熱水箱，儲(chǔ)熱水箱內(nèi)的熱水用于供給熱用戶使用，熱用戶回流的冷水輸送至儲(chǔ)冷水箱，所述儲(chǔ)冷水箱和冷凝器連接；冷凝器的另一端通過(guò)膨脹閥再次連接蒸發(fā)器，形成回路；

6、所述氣流通道，包括光伏組件背面的平行氣流通道、風(fēng)道、控制閥、過(guò)濾器和風(fēng)機(jī)，所述氣流通道即在光伏組件背面添加了一個(gè)與光伏組件平行的氣流通道，可供環(huán)境空氣流經(jīng)光伏組件背板，實(shí)現(xiàn)冷卻的目的；在光伏組件的背板處安裝了肋片，通過(guò)肋片強(qiáng)化空氣與光伏組件之間的換熱，可進(jìn)一步提升光伏組件處的換熱，從而提高空氣冷卻光伏組件的冷卻效率；所述風(fēng)機(jī)用于作用于所述氣流通道，將光伏組件處被光伏發(fā)電產(chǎn)生的余熱加熱后的空氣通過(guò)風(fēng)道引至空氣源熱泵的蒸發(fā)器，以和蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑發(fā)生熱交換，從而提高空氣源熱泵的蒸發(fā)端溫度；所述風(fēng)道包括光伏組件背板處的氣流通道和旁通風(fēng)道，白天光伏發(fā)電時(shí)，環(huán)境空氣經(jīng)過(guò)光伏組件背板處的氣流通道，空氣被光伏發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的余熱加熱，之后通過(guò)風(fēng)機(jī)引至空氣源熱泵子系統(tǒng)的蒸發(fā)器端，與制冷劑在蒸發(fā)器發(fā)生熱交換；夜間光伏不發(fā)電時(shí)，環(huán)境空氣不經(jīng)過(guò)光伏組件背板處的氣流通道，環(huán)境空氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾器通過(guò)旁通風(fēng)道流到空氣源熱泵子系統(tǒng)的蒸發(fā)器端，即旁通風(fēng)作為熱泵蒸發(fā)端的進(jìn)風(fēng)，以減少空氣流經(jīng)光伏組件背板處的氣流通道所帶來(lái)的阻力損失。

7、作為可選擇的實(shí)施方式，所述系統(tǒng)還包括第一支路，所述第一支路包括依次連接的蓄電池和逆變器，蓄電池的一端連接光伏組件，逆變器的另一端連接壓縮機(jī)，第一支路上設(shè)置有電表。

8、作為可選擇的實(shí)施方式，所述系統(tǒng)還包括第二支路，所述第二支路包括逆變器，所述逆變器的一端連接光伏組件，另一端連接壓縮機(jī)，第二支路上設(shè)置有電表。

9、作為可選擇的實(shí)施方式，所述壓縮機(jī)還連接有電網(wǎng)。

10、作為可選擇的實(shí)施方式，所述光伏組件背端并排設(shè)置有多個(gè)背板肋片，背板肋片下端設(shè)置有導(dǎo)流斜板，導(dǎo)流斜板和各背板肋片之間的空間，形成氣流通道。

11、作為進(jìn)一步的實(shí)施方式，所述導(dǎo)流斜板和光伏組件平行設(shè)置；

12、所述氣流通道的長(zhǎng)度與光伏組件長(zhǎng)度相同，氣流通道的寬度與光伏組件總寬度相同，氣流通道的高度為30-1000mm；

13、所述背板肋片厚度為0.5-10mm；背板肋片的間距d與光伏組件的寬度b的關(guān)系為：d<b，背板肋片的高度e與氣流通道的高度n的關(guān)系為：e<n，肋片長(zhǎng)度f(wàn)與光伏組件的長(zhǎng)度相同。

14、作為可選擇的實(shí)施方式，所述氣流通道通過(guò)管路連接至蒸發(fā)器，且所述管路上設(shè)置有第一控制閥；

15、還設(shè)置有旁通風(fēng)道，旁通風(fēng)道的進(jìn)風(fēng)口不經(jīng)過(guò)氣流通道，旁通風(fēng)道上設(shè)置有過(guò)濾器，以及第二控制閥。

16、作為進(jìn)一步的實(shí)施方式，所述風(fēng)機(jī)設(shè)置于所述管路的末端。

17、作為可選擇的實(shí)施方式，所述儲(chǔ)熱水箱和熱用戶的熱負(fù)荷之間的連接管路上設(shè)置有水泵、控制閥和流量計(jì)。

18、作為可選擇的實(shí)施方式，所述儲(chǔ)冷水箱和冷凝器之間的連接管路上設(shè)置有水泵。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果為：

20、本實(shí)用新型提出了一種空氣源熱泵-太陽(yáng)能光伏互補(bǔ)供能系統(tǒng)，以空氣為介質(zhì)從光伏組件處取光伏發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的余熱，并用以加熱熱泵室外換熱器的進(jìn)風(fēng)，提高空氣源熱泵的蒸發(fā)溫度。通過(guò)環(huán)境冷空氣經(jīng)光伏背板，冷空氣吸收光伏發(fā)電過(guò)程產(chǎn)生的余熱，空氣被加熱；被加熱后的空氣通過(guò)風(fēng)道引導(dǎo)至空氣源熱泵的蒸發(fā)器端，和直接與環(huán)境冷空氣進(jìn)行換熱的空氣源熱泵相比，可提升空氣源熱泵的蒸發(fā)端溫度，從而提高空氣源熱泵的cop。

21、本實(shí)用新型在低溫環(huán)境中，熱泵的蒸發(fā)溫度較低，壓縮機(jī)的吸氣比容增大，但理論吸氣量不變，造成壓縮機(jī)質(zhì)量流量下降，系統(tǒng)的制熱量也相應(yīng)降低，cop降低?？諝庠礋岜檬苁彝猸h(huán)境溫度的影響較大，環(huán)境溫度影響熱泵蒸發(fā)端的換熱，進(jìn)而影響蒸發(fā)溫度，而熱泵的性能系數(shù)往往隨著蒸發(fā)溫度的升高而增大，特別是在低溫環(huán)境下，受制于壓縮機(jī)性能、蒸發(fā)器性能和機(jī)組進(jìn)水溫度，機(jī)組的能源效率明顯下降。空氣從光伏組件背板流過(guò)時(shí)，充分吸收了光伏組件的余熱，通過(guò)利用光伏發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的余熱，加熱空氣源熱泵蒸發(fā)端溫度，實(shí)現(xiàn)余熱高效利用，提升空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的運(yùn)行cop。

22、本實(shí)用新型在環(huán)境溫度較低且空氣濕度較大時(shí)，空氣源熱泵室外的換熱器易形成霜，嚴(yán)重影響空氣源熱泵與外界空氣之間的換熱，最終會(huì)導(dǎo)致空氣源熱泵的運(yùn)行cop下降，以空氣為介質(zhì)從光伏組件處取光伏發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的余熱，并用以加熱熱泵室外蒸發(fā)器的進(jìn)風(fēng)，可提高蒸發(fā)端的溫度，可以緩解熱泵結(jié)霜的問(wèn)題。

23、光伏組件既可為空氣源熱泵提供電力，也可為居民、商場(chǎng)、辦公樓等場(chǎng)景提供清潔電力，構(gòu)成光伏發(fā)電系統(tǒng)。白天光伏發(fā)電時(shí)，光伏電力可供給熱泵壓縮機(jī)使用，也可為居民、商場(chǎng)、辦公樓等場(chǎng)景提供清潔電力，光伏的多余電力可用蓄電池儲(chǔ)存，此時(shí)環(huán)境空氣經(jīng)過(guò)光伏組件背板處的氣流通道，空氣被光伏發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的余熱加熱，之后通過(guò)風(fēng)機(jī)引至空氣源熱泵子系統(tǒng)的蒸發(fā)器端，與制冷劑在蒸發(fā)器發(fā)生熱交換；夜間光伏不發(fā)電時(shí)，可使用蓄電池給熱泵壓縮機(jī)供電，蓄電池電力不足時(shí)可接通電網(wǎng)，此時(shí)環(huán)境空氣不經(jīng)過(guò)光伏組件背板處的氣流通道，旁通風(fēng)作為熱泵蒸發(fā)端的進(jìn)風(fēng)，以減少空氣流經(jīng)光伏組件背板處的氣流通道所帶來(lái)的阻力損失。

24、本實(shí)用新型的光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)的電不僅要滿足空氣源熱泵系統(tǒng)的電耗，還要產(chǎn)生額外的電量被蓄電池所存儲(chǔ)，用于夜晚光伏發(fā)電系統(tǒng)無(wú)法工作時(shí)供熱泵系統(tǒng)使用，以及用于提供居民、商場(chǎng)、辦公樓等場(chǎng)景的清潔用電。

25、本實(shí)用新型配置了儲(chǔ)能系統(tǒng)，具體包括蓄電池儲(chǔ)電、儲(chǔ)熱、儲(chǔ)冷水箱，目的是為了充分利用太陽(yáng)能，保證整個(gè)互補(bǔ)系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性和穩(wěn)定性。當(dāng)用戶不需要熱水時(shí)，光伏系統(tǒng)以及空氣源熱泵系統(tǒng)仍可以利用太陽(yáng)能進(jìn)行工作，所產(chǎn)生的熱水可進(jìn)入儲(chǔ)熱水箱存儲(chǔ)起來(lái)，當(dāng)用戶需要熱水時(shí)可以從儲(chǔ)熱水箱中取熱水，減少了用戶等待時(shí)間；儲(chǔ)冷水箱亦是如此，通過(guò)儲(chǔ)存冷水，可以讓光伏系統(tǒng)以及空氣源熱泵系統(tǒng)正常連續(xù)運(yùn)行，節(jié)約系統(tǒng)啟停時(shí)間，增加工作效率；儲(chǔ)電系統(tǒng)，可在太陽(yáng)輻照度大于第一閾值時(shí)，將多余的光伏發(fā)電儲(chǔ)存在蓄電池里，用于在太陽(yáng)輻照度小于第一閾值時(shí)為空氣源熱泵子系統(tǒng)提供電力支持。

26、本實(shí)用新型在光伏組件背面添加了一個(gè)與光伏組件平行的氣流通道，可供環(huán)境空氣流經(jīng)光伏組件背板，實(shí)現(xiàn)冷卻的目的；在光伏組件的背板處安裝了肋片，通過(guò)肋片強(qiáng)化空氣與光伏組件之間的換熱，可進(jìn)一步提升光伏組件處的換熱，從而提高空氣冷卻光伏組件的冷卻效率。

27、本實(shí)用新型通過(guò)風(fēng)道將光伏組件處被光伏發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的余熱加熱的空氣引流至空氣源熱泵的蒸發(fā)器端。風(fēng)道里帶有旁通風(fēng)道，白天光伏發(fā)電時(shí)，環(huán)境冷空氣進(jìn)入到光伏組件背板冷卻系統(tǒng)里，被光伏發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的余熱加熱后通過(guò)風(fēng)道送往空氣源熱泵的蒸發(fā)器端，光伏冷卻系統(tǒng)的熱風(fēng)作為熱泵蒸發(fā)端的進(jìn)風(fēng)；夜間光伏不發(fā)電時(shí)，此時(shí)環(huán)境冷空氣不經(jīng)過(guò)光伏組件背板冷卻系統(tǒng)而是直接通過(guò)旁通風(fēng)道流至熱泵蒸發(fā)端，以減少空氣流經(jīng)光伏組件背板處的氣流通道所帶來(lái)的阻力損失。風(fēng)道里的空氣流通采用風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

28、為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。