陸俊行 楊謙 馬廣

【摘 要】文章介紹了廣西超星太陽(yáng)能科技有限公司研究新型高效光伏發(fā)電熱泵集熱二合一聯(lián)用系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)，該系統(tǒng)具備光伏發(fā)電、熱泵集熱等多種功能，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)用水、學(xué)校、醫(yī)院、賓館、住宅小區(qū)、家庭住所等熱水供應(yīng)場(chǎng)所。

【關(guān)鍵詞】光伏發(fā)電;熱泵;熱水系統(tǒng)

【中圖分類號(hào)】TM615 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）10-0035-02

0 引言

太陽(yáng)能光伏利用工程技術(shù)的集大成者在于太陽(yáng)能光伏利用建筑一體化。然而，對(duì)緩解能源危機(jī)的強(qiáng)大需求催生了太陽(yáng)能光伏利用建筑一體化的新市場(chǎng)，也遇到了一系列實(shí)際問(wèn)題。對(duì)此，廣西在太陽(yáng)能光伏利用建筑一體化具有一定代表性。廣西遇到的問(wèn)題：一是太陽(yáng)能光熱利用技術(shù)存在如何提高效能、降低成本的問(wèn)題。其主要原因是企業(yè)對(duì)更高效的家用太陽(yáng)能系統(tǒng)沒(méi)有技術(shù)支撐，只重視采光集熱技術(shù)研究卻沒(méi)有大進(jìn)展，高效電能轉(zhuǎn)換技術(shù)開(kāi)發(fā)一直未得到重視，質(zhì)量缺乏保障技術(shù)基礎(chǔ)。二是廣西太陽(yáng)能光伏利用建筑一體化技術(shù)幾乎是空白。其主要原因是一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、家用太陽(yáng)能制造、施工、管理等方面的技術(shù)體系沒(méi)有開(kāi)發(fā)和形成，沒(méi)有與建筑“四同步”模式有效融合，難以發(fā)揮太陽(yáng)能光伏利用建筑一體化在民用方面應(yīng)有的優(yōu)勢(shì)。因此，廣西超星太陽(yáng)能科技有限公司通過(guò)自有技術(shù)和先進(jìn)技術(shù)相集成，針對(duì)這些共性問(wèn)題進(jìn)行技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)。

1 市場(chǎng)狀況

空氣能熱泵熱水系統(tǒng)的能源來(lái)自空氣，取之不盡、用之不竭，且不受天氣的限制，既克服了燃?xì)?、電熱水系統(tǒng)不安全、不衛(wèi)生、不節(jié)能的缺點(diǎn)，也規(guī)避了第3代普通太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)安裝不便、不節(jié)水等缺點(diǎn)。隨著空氣源熱水系統(tǒng)的快速發(fā)展，它已經(jīng)成為人們生活水平提高及節(jié)能環(huán)保的一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)也呈現(xiàn)出城市消費(fèi)多于農(nóng)村消費(fèi)的特點(diǎn)，農(nóng)村市場(chǎng)基本屬于空白，從這個(gè)意義上看其發(fā)展空間極為廣闊。

傳統(tǒng)的熱泵熱水系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展需求。傳統(tǒng)的熱泵熱水系統(tǒng)電能消耗較大，制熱效率較低，熱水升溫速度慢。隨著新能源相關(guān)法規(guī)的出臺(tái)、國(guó)家政策的傾斜及整個(gè)社會(huì)節(jié)能降耗的外部大環(huán)境影響，給第4代熱泵熱水系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇，直接推動(dòng)了空氣能熱泵熱水系統(tǒng)的發(fā)展。近兩年國(guó)內(nèi)空氣源熱泵熱水系統(tǒng)基本上每年保將150%～200%的增長(zhǎng)比率。業(yè)內(nèi)人士指出，作為熱水系統(tǒng)行業(yè)的換代產(chǎn)品，只有不斷進(jìn)行核心技術(shù)創(chuàng)新、提高其性價(jià)比和實(shí)用性，才是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。廣西超星太陽(yáng)能科技有限公司研發(fā)的新型高效光伏發(fā)電熱泵集熱二合一聯(lián)用系統(tǒng)，將太陽(yáng)能光伏發(fā)電、熱泵集熱等先進(jìn)技術(shù)集合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光伏板發(fā)電與熱泵集熱高效聯(lián)用。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電、熱泵集熱二合一等多功能，實(shí)現(xiàn)資源利用最大化，創(chuàng)新性強(qiáng)、性價(jià)比高，在大力提倡節(jié)約型社會(huì)的今天，其市場(chǎng)潛力巨大。

2 光伏發(fā)電熱泵集熱二合一聯(lián)用系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能接收器、控制裝置、熱泵、保溫水箱等組成，系統(tǒng)的主要技術(shù)特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光伏板發(fā)電與熱泵集熱高效聯(lián)用，利用太陽(yáng)能光伏板發(fā)電的同時(shí)，產(chǎn)生的熱源在接收器里面，供熱泵機(jī)器使用，而低溫氣體又循環(huán)回到太陽(yáng)能接收器里面。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電、熱泵集熱等多種功能，實(shí)現(xiàn)資源利用最大化;可較大降低光伏板工作溫度，提高其發(fā)電效率，并且延長(zhǎng)光伏板的使用壽命;使用自主研發(fā)專利技術(shù)，提高吸熱涂料的吸熱性能、耐候、防水、抗氧化性能等，顯著提高對(duì)太陽(yáng)光的吸收率;集成各項(xiàng)熱泵先進(jìn)技術(shù)，并通過(guò)重新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高集熱效率。該系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)，性價(jià)比高，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)用水、學(xué)校、醫(yī)院、賓館、住宅小區(qū)、家庭住所等熱水供應(yīng)場(chǎng)所。

2.1 光伏板發(fā)電集熱高效利用技術(shù)的研究

該系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能接收器、控制裝置、熱泵、保溫水箱等組成，而太陽(yáng)能接收器又由上層的太陽(yáng)能光伏板及下層集熱器連接構(gòu)成。該系統(tǒng)的主要技術(shù)原理是光伏板通過(guò)高效吸收太陽(yáng)光，可供蓄電、發(fā)電、用電的同時(shí)，吸收產(chǎn)生的熱量又可以聚集在集熱器里面，高溫氣體供熱泵機(jī)器使用，經(jīng)過(guò)熱泵循環(huán)，使氣體溫度降低，這樣低溫氣體又回到集熱器內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏板的降溫作用，并依次循環(huán)。該系統(tǒng)最鮮明的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光伏板發(fā)電與熱泵集熱高效聯(lián)用，突出功能：將光伏板的工作溫度維持在一定均衡范圍內(nèi)，提高發(fā)電效率的同時(shí)，延長(zhǎng)光伏板的使用壽命。通過(guò)熱量回收利用，該系統(tǒng)能極大地降低熱泵能耗。

2.2 高效太陽(yáng)能接收器集熱制作技術(shù)

該接收器由太陽(yáng)能光伏板、蛇管式吸熱板、鋁合金框架等組成，蛇管式吸熱板的銅管分別連接空氣能的壓縮機(jī)和電子膨脹閥;鋁合金框框架由高性能鋁合金材料組成;太陽(yáng)能電池板鑲嵌在鋁合金框架上，光伏發(fā)電板面設(shè)計(jì)安裝蛇管式吸熱板;蛇管式吸熱板采用導(dǎo)熱系數(shù)高的銅金屬管彎曲成蛇形，然后再與銅質(zhì)平板焊接構(gòu)成吸熱板，面積相等的吸熱板與光伏發(fā)電板緊貼在一起，這樣吸熱板就能夠均勻吸收電池板工作產(chǎn)生的熱量，同時(shí)有效降低光伏板的工作溫度。通常情況下，太陽(yáng)能電池板溫度超過(guò)55 ℃時(shí)轉(zhuǎn)化率和壽命都會(huì)降低，而該太陽(yáng)能接收器的光電效率比無(wú)冷卻功能的單獨(dú)光伏系統(tǒng)高，還可延長(zhǎng)光伏板的使用壽命。

2.3 光伏板涂層高效吸熱技術(shù)研究

為了提高吸熱涂料的吸熱性能及耐候、防水、抗氧化性能等，公司采用自主研發(fā)涂料技術(shù)，該涂料配方配比：成膜劑50～100份，成膜助劑10～30份，吸光劑35～55份，溶劑20～50份，助劑10～30份等，其中成膜劑為改性酪素-明膠，需要經(jīng)過(guò)400～500 ℃高溫煅燒8～15 h，煅燒后進(jìn)行球磨1～3 h，即可得到改性酪素-明膠，經(jīng)過(guò)改性后，提高該吸熱涂料的耐候性能、抗氧化性能的同時(shí)，還提高了其防水性能。吸光劑為鈷藍(lán)粉、鈷錳銅氧化物與搪瓷黑或鈷藍(lán)粉、鈷錳銅氧化物與有機(jī)炭黑調(diào)配成黑色;或者使用氧化鉻綠粉、硒硫化鎘粉、氧化鐵紅粉調(diào)配成紅色;又或者使用硫化鉛與鈷藍(lán)粉調(diào)配成藍(lán)色;也可使用氧化鉻綠粉、鉛白粉與鈷藍(lán)粉調(diào)配成綠色。助劑為增塑劑、偶聯(lián)劑、流平劑、潤(rùn)濕劑和消泡劑。經(jīng)測(cè)試，與普通的吸熱涂料相比，該涂料能夠顯著提高對(duì)太陽(yáng)光的吸收率，吸熱更加均勻。

2.4 熱泵先進(jìn)技術(shù)集成研究

首先采用先進(jìn)技術(shù)集成改進(jìn)壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置、換熱器、膨脹閥、管路等，研究熱泵從低溫?zé)嵩吹臒崮苎杆俎D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩吹男录夹g(shù)。其次是研究解決壓壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置、換熱器、膨脹閥、管路等要求高效率的轉(zhuǎn)換而帶來(lái)的質(zhì)量和加工、安裝的工效問(wèn)題，包括熱交換器銅管的厚度、光潔度等。改進(jìn)與優(yōu)化吸收熱源技術(shù)的研究：區(qū)別于傳統(tǒng)的熱泵機(jī)器，本系統(tǒng)采用接收器代替?zhèn)鹘y(tǒng)蒸發(fā)器的蛇形吸熱板，其高溫?zé)嵩纯諝饷娣e較大增加，顯著提高集熱效率。

2.5 水箱高效保溫技術(shù)研究

因?yàn)闊崦浝淇s的原因，熱水系統(tǒng)水箱保溫層的泡沫收縮是普遍存在的問(wèn)題，即成型收縮率不會(huì)為零，本領(lǐng)域稱之為“正常收縮”，但可通過(guò)調(diào)整發(fā)泡原料的生產(chǎn)配方再輔以科學(xué)的發(fā)泡工藝將成型收縮率控制在1%以內(nèi)，甚至可忽略不計(jì)。而因工藝、原料配方、操作等因素造成的“不良泡沫”或長(zhǎng)纖維狀泡孔則會(huì)嚴(yán)重影響泡沫的性能，使泡沫收縮率提高并降低保溫性能。水箱的保溫材料采用公司已獲得授權(quán)發(fā)明專利“太陽(yáng)能熱水器水箱無(wú)機(jī)防火發(fā)泡保溫材料”，它由組分異氰酸酯和聚醚組合物混合發(fā)泡而得，聚醚組合物含有組合聚醚、二甲醚、殼聚糖、無(wú)機(jī)阻燃劑、膨脹珍珠巖等主要原料。該材料克服了現(xiàn)有的材料發(fā)泡成型后收縮性大的缺點(diǎn)，可以使泡沫形成球狀或橢圓球狀且分布均勻細(xì)密的泡孔，發(fā)泡材料保溫性能穩(wěn)定，并增加泡孔壁的強(qiáng)度，減少泡沫成型時(shí)因內(nèi)外壓差出現(xiàn)的材料壓縮現(xiàn)象，同時(shí)適當(dāng)增加泡沫的開(kāi)孔率，減少泡沫成型后的收縮率，避免了水箱變形、起鼓起楞甚至開(kāi)裂的現(xiàn)象，并保證了熱水系統(tǒng)水箱的保溫效果。

3 結(jié)論

太陽(yáng)能光伏發(fā)電是到目前為止最清潔、最長(zhǎng)壽的發(fā)電技術(shù)。太陽(yáng)能技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，未來(lái)的樓宇系統(tǒng)中安裝太陽(yáng)能光伏發(fā)電組件的情況會(huì)越來(lái)越多，家用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組建從獨(dú)立設(shè)計(jì)到并網(wǎng)設(shè)計(jì)都會(huì)隨之慢慢發(fā)展，形成一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)，對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究是一個(gè)很有經(jīng)濟(jì)前景的課題。熱泵熱水系統(tǒng)因環(huán)保、節(jié)能、安全等眾多優(yōu)勢(shì)受到消費(fèi)者的歡迎，但傳統(tǒng)熱泵熱水系統(tǒng)易受氣候的影響而導(dǎo)致制熱效率低、水升溫速度慢、加熱時(shí)間長(zhǎng)且耗電量多，增加了成本，影響了熱泵熱水系統(tǒng)的市場(chǎng)推廣，尤其是對(duì)于熱水量需求較大的領(lǐng)域。廣西超星太陽(yáng)能科技有限公司通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，大膽設(shè)計(jì)，升級(jí)優(yōu)化產(chǎn)品，突破傳統(tǒng)的技術(shù)瓶頸將太陽(yáng)能光伏發(fā)電、熱泵集熱高效接合起來(lái)，發(fā)揮該系統(tǒng)的更大效用，性價(jià)比高，更符合市場(chǎng)需求。

參 考 文 獻(xiàn)

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