
技术摘要:
本发明为一种喷雾蒸发型太阳能光伏光热冷凝器及运行方法,包括PVT冷凝盘管支路和风冷冷凝盘管支路、光伏板、翅片、风机、水盘管、引水管、雾化装置、换热板、外壳。将喷雾冷却技术应用在PVT风冷冷凝器上,利用水雾化蒸发来降低冷凝器的入口空气温度,从而降低光伏板的 全部
背景技术:
近年来由于大气环境的不断恶化以及人们节能减排意识的提高,关于空调系统节 能的研究越来越多。由于喷雾冷却技术具有操作简单、易于维护的优点,将喷雾冷却和风冷 式冷凝器相结合,可以大幅降低冷凝温度,提高空调机组的制冷性能。 太阳能光伏光热(PVT)冷凝器由光伏电池(PV)组件和冷凝盘管组成,是PVT空调冷 电联供系统的重要组成部分。在夜间或者阴雨天等太阳辐射照度较弱的工况下,该部件可 以与低温天空进行长波辐射换热,使空调机组具有制冷效果。而在日间太阳辐射较强时,PV 组件进行发电致使其温度升高,从而导致冷凝温度升高,空调机组制冷性能下降甚至不具 备制冷效果。 风冷式冷凝器可以利用风机增强空气扰动、强化散热效果,尽管散热方式单一,但 是可以保证机组在日间和夜间制冷时均能稳定工作,而PVT冷凝器夜间可以利用长波辐射 增强散热效果,日间具有发电作用,但是不具备风机的强迫对流散热效果,同时日间光伏发 电产生的热量与建筑冷负荷均需经PVT组件向外界环境排出,容易导致系统运行参数随着 太阳辐射无规律、大幅度地波动,甚至会超出系统安全范围导致机组出现停机状况。喷雾蒸 发冷却可以大幅度降低冷凝温度,提高空调机组的制冷性能,但一般需要单独的喷嘴,虽然 专利CN201810506246.4中的雾化装置可以与风机结合,利用风机旋转产生的离心力将引入 的水割裂成水雾,水雾蒸发降低环境温度,提高制冷效率。但风冷冷却、喷雾蒸发冷却与PV 组件有机结合的装置还没有。
技术实现要素:
针对现有技术的不足,本发明拟解决的技术问题是:提供一种喷雾蒸发型太阳能 光伏光热(PVT)风冷冷凝器,将喷雾冷却技术应用在PVT风冷冷凝器上,利用水雾化蒸发来 降低冷凝器的入口空气温度,从而降低光伏板的工作温度,提高光伏板发电效率和空调机 组的制冷性能。 本发明解决所述技术问题采用的技术方案是:提供一种喷雾蒸发型太阳能光伏光 热(PVT)冷凝器,包括PVT冷凝盘管支路和风冷冷凝盘管支路、光伏板、翅片、风机、水盘管、 引水管、雾化装置、换热板、外壳,其特征在于, 所述外壳呈直角三棱柱状,直角边的一个侧面固定在房顶或待安装物的安装平面 上,斜侧面安装换热板,斜侧面朝南向安装,光伏板固定在换热板上表面;在直角三棱柱内 部平行于斜侧面安装风冷冷凝盘管支路,风冷冷凝盘管支路到外壳的相邻侧面之间的空间 安装雾化装置和风机,所述风机位于喷雾蒸发型PVT冷凝器进风侧; 4 CN 111578416 A 说 明 书 2/7 页 风冷冷凝盘管支路由串联的两层管路构成,每层管路上都设置有翅片,且两层管 路均平行于换热板布置在外壳内部;制冷剂入口位于与上部翅片相连的风冷冷凝盘管支路 上,制冷剂出口位于与下部翅片相连的风冷冷凝盘管支路上; 在换热板的下表面铺设有PVT冷凝盘管支路和水盘管,PVT冷凝盘管支路与水盘管 在换热板下表面相间布置; 引水管接室内冷凝水出水口,并从换热板上穿过伸入到雾化装置内,且与雾化装 置进口不接触,雾化装置与风机中心盘连接,从而使风机的电机同时带动风机转动和雾化 装置雾化。 本发明还保护一种喷雾蒸发型太阳能光伏光热(PVT)冷凝器的运行方法,喷雾蒸 发型PVT冷凝器的外壳内安装有风机及风冷冷凝盘管支路、雾化装置,外壳表面安装光伏 板,光伏板下表面安装有水盘管和PVT冷凝盘管支路;该运行方法的过程是: 1)光伏板长波辐射散热 PVT冷凝盘管支路制冷:在无太阳辐射时,无法实现发电 功能的光伏板向低温天空进行长波辐射换热降低光伏板的温度,此时关闭水盘管,启动PVT 冷凝盘管支路实现制冷;风机和雾化装置的运行情况视制冷效果而定,当PVT冷凝盘管支路 制冷效果满足用户用冷需求时,风机和雾化装置不运行,而当PVT冷凝盘管支路制冷效果不 能满足用户用冷需求时,开启风机和雾化装置,以增强风冷冷凝盘管支路与空气对流换热 效果,并利用水雾蒸发降低周围空气温度,提高换热效率; 2)风冷式冷凝散热 风冷冷凝盘管支路制冷:在有太阳辐射但强度较弱时,光伏板 发电性能与PVT冷凝盘管支路制冷效果均不理想,利用风冷冷凝盘管支路实现制冷;运行风 机加强风冷冷凝盘管支路与空气对流换热的同时,雾化装置一同被启动,水雾化蒸发降低 设备的入口空气温度,提升风冷冷凝盘管支路的制冷效果; 3)光伏板发电 水盘管供热水 风冷式冷凝散热 风冷冷凝盘管支路制冷:在日间 太阳辐射充足时,在光伏板启动之后,启动水盘管带走光伏板发电过程中产生的部分热量, 但由于光照辐射较强,光伏板发电过程中产生的热量过多,此时光伏板温度已经无法满足 PVT冷凝盘管支路的制冷需求,则关闭失去制冷能力的PVT冷凝盘管支路,启动风冷冷凝盘 管支路、风机和雾化装置,以增强风冷冷凝盘管支路与空气对流换热并利用水雾蒸发降低 周围空气温度,提供冷量保证,从而实现冷热电联产的功能; 4)光伏板发电 水盘管供热水:在无需制冷时,若日间太阳辐射充足,仅以水盘管 吸收光伏板发电过程中产生的热量,用于供给生产生活用热水,实现系统热电联产的功能; 在太阳辐射照度较弱时,光伏板发电无法满足喷雾蒸发型PVT冷凝器运行,则由蓄电池或电 网供电满足设备运行的需求。 与现有技术相比,本发明的有益效果在于: 1)本发明冷凝器将风冷冷却、喷雾蒸发冷却和PV组件有机结合。在改进常规PVT冷 凝器盘管布置(即双盘管,水盘管6负责在光伏板温度较高时吸收光伏板热量,制冷剂PVT冷 凝盘管支路1负责在光伏板温度较低时制冷)的基础上添加风冷冷凝器(风机5、翅片4和风 冷冷凝盘管支路2)和蒸发冷却部件(雾化装置8),使本申请中的喷雾蒸发型PVT冷凝器能全 天候制冷。风冷冷凝盘管支路2与翅片4相连构成翅片换热器安装在冷凝器内部,风机5与雾 化装置8安装在冷凝器进风侧,在与光伏板3贴合的换热板9下表面设计双盘管,其中水盘管 6在日间同常规PVT装置作用相同,当光伏板3在发电过程中温度升高时,水盘管6吸收光伏 5 CN 111578416 A 说 明 书 3/7 页 板3发电产生的一部分热量使光伏板3温度降低,同时由于雾化装置8喷雾蒸发冷却和风机5 运行强化对流换热使光伏板3温度和PVT冷凝器内部的空气温度进一步降低,提高了光伏板 3的发电能力,而且这时风冷冷凝盘管支路2的制冷能力也得以提高。 2)冷凝盘管支路1与水盘管6在换热板9下表面相间布置,当建筑不需要供冷时,可 以只运行水盘管6来吸收光伏板3发电过程中产生的热量,实现系统热电联产的功能;当建 筑需要供冷时,可以运行水盘管6来吸收光伏板3发电过程中产生的热量,同时打开风机5和 雾化装置8,选择性运行冷凝盘管支路1和/或风冷冷凝盘管支路2来实现制冷,运行调节灵 活。 3)本申请各种部件在PVT冷凝器外壳上及内部布置合理,光伏板3、雾化装置8、风 冷冷凝器三者很好地整合在一起,充分利用PVT冷凝器外壳10内部的空间,高度一体化,在 不影响光伏板3与天空进行长波辐射换热和发电的同时,又不影响冷凝盘管支路1和风冷冷 凝盘管支路2的散热和其他部件的运行,各部件很好地整合在一起,与将各部件分开布置的 方式相比,节省了占地面积。 4)本发明运行方法中,控制雾化装置8和风机5的运行可以使光伏板3的温度稳定 在一定范围,保障了机组在全工况下的运行稳定性。本申请运行方法合理,避免了喷雾蒸发 型PVT冷凝器较高的冷凝温度可能会降低光伏板3的发电效率,同时光伏发电产生的热量会 影响冷凝器的散热,从而导致机组的性能下降甚至不能正常工作的问题。 5)采用喷雾蒸发冷却,与其他冷却措施相比能耗低、初投资少、维修保养费低、操 作简单。太阳辐射较强时光伏板3的发电量可以用来供应系统运行,与常规空调相比降低了 系统运行能耗。采用风冷可以保证空气流通,加快外界较低温度的空气进入PVT冷凝器内 部,同时迅速排出PVT冷凝器内部温度较高的空气,从而使较低温度的空气与PVT冷凝盘管 支路1和风冷冷凝盘管支路2进行充分换热,提高制冷效率。雾化装置产生的水雾可以蒸发 吸热降低空气温度,进一步提高PVT冷凝盘管支路1和风冷冷凝盘管支路2的换热效率,当雾 化装置所喷的水雾流量增大时,还具有一定的清灰效果。水盘管6能带走光伏板3发电过程 中产生的一部分热量,用于供给建筑热水等生产生活中,再加上雾化装置8的冷却作用和风 机5的强化对流作用使得光伏板3日间发电温度不会过高,防止系统运行参数超过安全范围 而出现停机现象。风机5的电机同时带动风机5和雾化装置8的运行,设备一体化,不需要额 外电机带动雾化装置8雾化,节省空间的同时还节约了电能的消耗。 6)由于光伏板3夜间还可以向低温天空进行长波辐射换热,使光伏板3向周围环境 的散热量高于常规的风冷式散热器,同时在水雾蒸发吸热、风机5增强扰流的共同作用下进 一步提高制冷效率,光伏板3和冷凝器内部空气温度都很低,从而降低了冷凝温度,节省了 压缩机的耗功,节约了电能。 7)在夜间和阴雨天由于光伏板3可以向低温天空进行辐射换热,加上风冷冷却与 喷雾蒸发冷却的作用,进一步提高了喷雾蒸发型PVT冷凝器的制冷能力,而在日间光伏板3 既可以在太阳辐射较强时具有发电和制冷的功能,又可以使系统在太阳辐射较弱时的制冷 性能得以提高,而且由于风冷冷却和喷雾蒸发冷却的共同作用使得光伏板3温度降低,从而 使得日间光伏板3的发电效率得到提高,改善了机组的发电和制冷性能。可以根据建筑对冷 量的需求灵活调节冷凝盘管支路1和风冷冷凝盘管支路2的运行模式,系统运行调节方便, 避免了供需不匹配的问题,从而节约了能源。 6 CN 111578416 A 说 明 书 4/7 页 综上,本发明喷雾蒸发型太阳能光伏光热(PVT)冷凝器不仅在夜间和阴雨天制冷 能力得以提升,在太阳辐射较强的日间依旧有较强的制冷能力。解决了PVT系统在夜间利用 率低的问题,同时克服了常规PVT冷凝器只能夜间或者阴雨天制冷的缺点,实现全天候制 冷。且系统运行时不会产生有毒有害物质,大量使用空气热能、天空长波辐射能和太阳能进 行冷热电联产,整个生产过程清洁、廉价、无污染。 附图说明 图1一种喷雾蒸发型太阳能光伏光热(PVT)冷凝器的轴测图。 图2一种喷雾蒸发型太阳能光伏光热(PVT)冷凝器的主视图。 图3风机和雾化装置的位置关系图。 图4风冷冷凝盘管支路2结构示意图。 图5PVT冷凝器外壳10结构示意图。 图中,PVT冷凝盘管支路1、风冷冷凝盘管支路2、光伏板3、翅片4、风机5、水盘管6、 引水管7、雾化装置8、换热板9、外壳10。