伏光热PVT热泵是一种主动利用太阳辐射能的有效方式,其不仅能够进行光伏发电,还能够利用少量的电能提高热能的品位。太阳能PVT热泵除具有发电和制热的功能外,还可以制冷,其产生的冷能可用于夏季建筑室内温度的调节。
与此同时,光伏光热PVT热泵技术的发展,也使得热泵系统充分利用自然的能量为冬季供热提供了新的发展思路。综上所述,光伏光热PVT热泵同时具备了发电、制热、制冷和生产生活热水等多种功能,在太阳能低温热利用领域和供热领域极具有应用潜力
1、系统组成
光伏光热PVT热泵包括热泵系统和光伏发电系统,由PVT 组件、膨胀阀、压缩机、经济器、冷凝器、水箱、循环水泵等部件组合而成。其系统示意原理图如下图所示:
光伏光热组件是太阳能光伏组件和光热组件(吹胀式制冷剂蒸发板)利用胶粘或层压技术结合而成的一个整体,其结构示意图下图所示,在日间PVT 热泵系统运行制热模式时,下层的蒸发板可以吸收上层的电池板的热量,提高热效率的同时可以起到为电池板降温的作用,提高了太阳能的综合利用效率。
2、运行模式
光伏光热PVT热泵系统的运行模式主要包括制热模式、制冷模式、发电模式,在以上各模式下分别产生热能、冷量及电能。各种运行模式的选择取决于用户对于能源种类的需求及室外气象条件。下面将详细介绍运行制热、制冷模式时的工作原理。
(1) PVT 热泵运行冬季制热模式的工作原理
当运行冬季制热模式时,膨胀阀2、3 动作,膨胀阀1 关闭,电磁阀2、3 动作。制冷剂的流动过程为:高温高压的制冷剂蒸汽从压缩机的排气口出来后经过四通换向阀后进入冷凝器,在高效罐冷凝器内与水换热后经过单向阀、干燥过滤器、储液罐后分为两路,一路为主路,另一路为喷气路,喷气路的制冷剂经过电磁阀3、电子膨胀阀3 节流后进入经济器吸收主路制冷剂的热量后进入压缩机的喷气口。主路制冷剂经过经济器被补气路制冷剂过冷后经过电磁阀后分成四组分别经电子膨胀阀进入PVT 组件吸热后经过四通换向阀后进入气液分离器,从气液分离器出来后回到压缩机的吸气口,经初级压缩、补气压缩混合后再次压缩经压缩机排气口排出,上述过程即为制冷剂在此模式下的循环过程。
(2) PVT 热泵运行夏季制热模式的工作原理
当系统运行夏季制热模式时,膨胀阀2 动作,膨胀阀1、3 关闭,电磁阀2 动作,1、3 关闭。制冷剂的流动过程为:高温高压的制冷剂蒸汽从压缩机的排气口出来后经过四通换向阀后进入冷凝器,在高效罐冷凝器内与水换热后经过单向阀、干燥过滤器、储液罐后进入经济器,从经济器出来的制冷剂经过电磁阀后分成四组分别经电子膨胀阀进入PVT 组件吸热后经过四通换向阀后进入气液分离器,从气液分离器出来后回到压缩机的吸气口,被压缩后经压缩机排气口排出,上述过程即为制冷剂在此模式下的循环过程,此循环过程与普通的热泵的循环过程类似。
(3) PVT 热泵运行制冷模式的工作原理
当系统运行夏季当系统运行夏季制冷模式时,膨胀阀2、3 关闭,膨胀阀1 动作,电磁阀3 关闭,电磁阀1、2 动作。制冷剂的流动过程为:高温高压的制冷剂蒸汽从压缩机的排气口出来后经过四通换向阀后进入PVT 组件,在PVT 组件与环境、天空散热后经过单向阀、经济器、储液罐、干燥过滤器后经电子膨胀阀4 节流后,进入高效罐换热器吸收水的热量后经过四通换向阀后进入气液分离器,从气液分离器出来后回到压缩机的吸气口,被压缩后经压缩机排气口排出,上述过程即为制冷剂在此模式下的循环过程,此循环过程与普通的热泵的循环过程类似。
3、性能分析
PVT热泵技术具有较好的运行性能COP,出水45℃,COP接近6.0,具有较好的运行经济性。
热泵技术的能效比(COP)是其所输出的热能与输入的电能之比,该比值越高,则表明热泵的能源利用效率越高。COP值为6.0说明该热泵技术能够将6倍于输入电能的热能输出,这使得其在能源转换方面具有很高的效率。
出水温度为45℃则表明该热泵技术适用于提供热水或加热空气等用途。这个温度范围可以满足大多数应用场景的需求,并且能够提供较为舒适的室内环境。
对于以制冷为主的PVT热泵选型,对于两种类型的热泵机组的投资回收期,均随着设计冷冻水出水温度的升高而渐增大。不同运行模式(运行时间区间)的制冷量、制冷性能系数差异明显,对于仅考虑制冷模式的系统而言,随着运行时间的减少,系统的投资回收期不断增大,但对于兼顾制热模式的系统而言,随着运行时间的减少,系统的投资回收期不断减小,且兼顾制热与制冷模式的太阳能PVT热泵系统投资回收期比仅考虑制冷模式的缩短很多。
总的来说,PVT热泵技术的良好性能和经济性使其成为一种优秀的能源转换技术,具有广泛的应用前景。