[发明专利]一种基于太阳能和相变储能的储供热系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于太阳能和相变储能的储供热系统及控制方法，该系统主要由太阳能集热器、含相变材料的相变储能箱、水箱等部件构成。通过利用相变储能材料具有高潜热这一特性来对太阳能和峰谷电能进行储存和合理管控，并利用相变材料具有恒定相变温度这一特性，仅通过对太阳能集热器出口温度、水箱出口温度和相变储能箱出口温度的监控，以及对相关阀门的控制，获得连续稳定且温度恒定的热水供给。该系统仅含有一个循环泵，且可以对太阳能和峰谷电能进行合理存储和利用，因此具有低能耗和节能特征。同时，由于操作过程中仅涉及对四个阀门的控制，因此操作简单且易于实现自动化。

技术领域

本发明属于新能源和节能技术领域，特别是涉及一种基于太阳能和相变储能的储供热系统及控制方法。

背景技术

我国具有丰富的太阳能资源，其作为一种清洁的可再生能源，在采暖供热等方面受到人们的广泛关注。然而太阳能具有时间和空间上的不均匀性和间歇性，其能量分布与采暖供热之间存在不匹配问题。为了能够持续有效地供暖供热，蓄热技术的应用显得尤为重要。

热能储存可分为显热储存和潜热储存。在实际工程应用中，太阳能供热系统主要采用以水作为蓄热介质的显热储存，由于其储能密度的限制，导致常需要配备较大容量的蓄热水箱，且存在供热温度不稳定等问题。潜热储存利用相变物质的相变来储存热量，相变材料能够在相变过程中释放/吸收大量潜热，而相变过程中保持温度不变或在较小温度范围内变化。因此，利用相变材料来进行太阳能的合理利用，不仅可以解决太阳能与采暖供热的时空匹配问题，还可以提高蓄能密度，并对采暖供热温度进行有效控制。

CN209944492U公开了一种基于太阳能吸热、相变蓄热、电辅热的小型农村采暖系统，但该系统中待加热的水体直接通入太阳能集热器进行加热，在冬季夜晚易造成管道冻结堵塞问题。此外，该系统将相变材料直接置于水箱箱体，来自集热器的热水同步加热水箱中的水和相变材料。由于相变材料具有较大的潜热，因此导致水箱中水温变化较慢，即温度响应不够灵敏。CN209978160U公开了一种基于相变蓄热的地暖供暖与供热水系统，该系统同样存在与CN209944492U中相同的水冻结堵塞管道问题。同时，该系统结构和控制极其复杂，如需对2个泵、11个电磁阀进行控制。CN210107532U公开了一种智能相变供热系统，然而该系统将太阳能集热器、相变储热器和用水负荷(如喷淋供水器、暖气片)直接串联，因而不能对太阳能进行有效控制和水温进行有效调节。CN208222845U公开了一种基于太阳能、高温相变蓄热及电辅多能互补供暖系统，尽管该系统采用导热油作为太阳能集热后的热传递介质，避免了水介质的冻结问题，然而该系统将相变材料置于高温蓄热罐中，存在诸多问题。例如，当夜晚太阳能集热器停止工作而相变材料开始放热时，由于导热油仍需要经过太阳能集热器，导致部分热量的损失。此外，该系统仅油路系统就包含两个泵，因此运行能耗较高。

目前，基于太阳能和相变储能的储供热系统普遍存在一定的问题，例如系统结构复杂性导致的操作和维护问题，泵数量较多导致的运行能耗问题，系统设计不合理导致的管路冻结、供热温度不稳定、太阳能利用不充分等问题。鉴于此，开发一种系统结构和操作简单、运行成本低、供热稳定且温度变化较小的储供热系统，对于实现节能环保、提升人们生活居住水平等具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于，针对太阳能与采暖供热等在时间和空间上的矛盾，开发一种基于太阳能和相变储能的抗冻结、结构和操作简单，且仅需一个泵运行的低成本储供热系统。

本发明提供的技术方案如下：