一种光伏与空气源热泵联合供能智能调控系统及安装方法与流程

本发明涉及新能源供能系统与智能控制，尤其涉及一种光伏与空气源热泵联合供能智能调控系统及安装方法。

背景技术：

1、随着“双碳”目标的深入推进，光伏发电与空气源热泵技术在建筑供能领域得到广泛应用。光伏与空气源热泵联合供能系统能够利用光伏发电为热泵提供电力，实现“光伏发电－热泵制热/制冷－建筑供能”的清洁能源闭环，是降低建筑运行碳排放的重要技术路径。然而，光伏发电的波动性和空气源热泵运行效率受环境温度影响的特性，使得联合供能系统的智能调控成为行业核心技术难题。

2、目前，光伏与空气源热泵联合供能系统主要依赖以下技术方式：一是独立运行模式，光伏系统与空气源热泵分别独立工作，仅在电气层面实现简单连接；二是基于规则的控制策略，按照预设的优先级（如“光伏优先、电网补充”）进行能量分配；三是部分系统采用时间控制策略或温度控制策略，根据固定时间段或单一温度阈值控制热泵启停。

3、然而，上述现有技术在实际应用中存在以下不足：

4、缺乏光伏发电量与热泵负荷之间的动态匹配能力；现有控制策略未能充分利用储能系统的削峰填谷和能效提升潜力；现有空气源热泵的安装方式未充分考虑光伏板微气候对热泵运行效率的提升作用；现有系统缺乏基于负荷预测的智能前馈控制能力。

技术实现思路

1、1.要解决的技术问题

2、本发明的目的是为了解决现有技术中的问题，而提出的一种能够实现光伏发电-电储能-热泵制热/制冷-蓄热蓄冷-建筑供能全链路协同优化，具备光伏板余热回收微气候构建能力，并基于多源数据预测实现智能前馈控制的光伏与空气源热泵联合供能智能调控系统及安装方法。

3、2.技术方案

4、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

5、第一方面，本技术提供了一种光伏与空气源热泵联合供能智能调控系统，包括：

6、光伏板阵列，安装于目标建筑的顶部，所述光伏板阵列通过电动抬升装置与建筑结构连接，并通过密封板与建筑结构表面围合成封闭的微气候空间；

7、空气源热泵，其室外机设置于所述微气候空间内部，用于从所述微气候空间中抽取空气进行热交换；

8、电池储能系统，分别与所述光伏板阵列和电网连接，用于存储电能；

9、蓄热水箱，通过供回水管路与所述空气源热泵的水侧换热器连接，用于存储热泵制取的热量；

10、中央控制器，分别与所述光伏板阵列、所述空气源热泵、所述电池储能系统和所述蓄热水箱通信连接，用于根据多源数据预测结果生成协同调度指令并控制各设备运行。

11、在一种可能的实现方式中，所述微气候空间由所述光伏板阵列的上表面、所述密封板的内表面以及建筑结构表面共同围合而成；所述光伏板阵列的安装角度根据目标建筑所在地的地理纬度确定：

12、

13、其中为当地纬度，为太阳赤纬角；所述电动抬升装置在非采暖期自动将光伏板角度增加5°-30°以形成烟囱效应排出热空气。

14、在一种可能的实现方式中，所述中央控制器包括：

15、热负荷预测模块，采用自注意力机制与长短周期记忆网络相结合的混合模型，基于历史数据和气象预报数据预测建筑未来时段的逐时热负荷；

16、光伏发电预测模块，基于辐照度－温度－发电功率模型预测未来时段的光伏发电功率；

17、优化调度模块，以最小化系统日运行成本为目标，以热泵运行约束、电池充放电约束和室内温度舒适区间为约束条件，基于所述热负荷预测结果和光伏发电预测结果生成所述协同调度指令。

18、在一种可能的实现方式中，所述协同调度指令包括所述空气源热泵的启停状态和运行频率指令、所述电池储能系统的充放电功率和时段指令，以及所述蓄热水箱的充放热流量指令；所述优化调度采用混合整数线性规划或深度强化学习方法求解。

19、在一种可能的实现方式中，还包括：环境温湿度传感器，安装于室外，用于采集室外环境温度和湿度数据；辐照度传感器，安装于光伏板阵列旁，用于采集太阳辐照度数据；室内温度传感器，安装于供能末端所在区域，用于采集室内温度数据；所述中央控制器根据所述传感器采集的实时数据对所述协同调度指令进行闭环修正，所述闭环修正采用变参数模糊控制策略。

20、在一种可能的实现方式中，所述中央控制器还通过通信模块与气象预报服务器和电网电价服务器连接，用于获取未来时段的气象预报数据和分时电价数据；所述协同调度指令的生成还基于所述分时电价数据，在低电价时段增加热泵制热量并储存于蓄热水箱，在高电价时段优先释放蓄热水箱热量。

21、第二方面，本技术提供了一种光伏与空气源热泵联合供能系统的安装方法，包括以下步骤：

22、步骤1：在目标建筑的女儿墙顶部安装电动抬升装置，将光伏板阵列的前端与所述电动抬升装置连接，将光伏板阵列的末端通过密封板与建筑结构表面密封连接，使光伏板阵列、密封板和建筑结构表面围合成封闭的微气候空间；

23、步骤2：将空气源热泵的室外机安装于所述微气候空间内部，使室外机的吸风口和排风口均位于所述微气候空间内；

24、步骤3：在建筑内安装电池储能系统和蓄热水箱，将所述电池储能系统分别与光伏板阵列和电网连接，将所述蓄热水箱通过供回水管路与所述空气源热泵的水侧换热器连接；

25、步骤4：安装中央控制器及各传感器，将所述中央控制器分别与所述光伏板阵列、所述空气源热泵、所述电池储能系统、所述蓄热水箱及所述传感器通信连接。

26、在一种可能的实现方式中，还包括光伏板安装角度调节步骤：根据目标建筑所在地的地理纬度确定光伏板的安装角度，通过所述电动抬升装置将光伏板调整至所述安装角度；在非采暖期，通过所述电动抬升装置将光伏板角度增加5°-30°，使所述微气候空间内热空气通过烟囱效应排出。

27、第三方面，本技术提供了一种光伏与空气源热泵联合供能智能调控方法，包括以下步骤：

28、s1：采集目标建筑的历史运行数据和实时运行数据，所述历史运行数据包括室外温度时序、太阳辐照度时序、室内温度设定值、供回水温度和热泵运行功率；

29、s2：基于所述历史数据，采用自注意力机制与长短周期记忆网络相结合的混合模型训练热负荷预测模型，预测未来时段的逐时热负荷；

30、s3：基于光伏板阵列的历史发电数据和气象数据，预测未来时段的光伏发电功率；

31、s4：以最小化系统运行成本为目标，以热泵运行约束、电池充放电约束和室内温度舒适区间为约束条件，基于所述热负荷预测结果和光伏发电预测结果，生成未来时段的协同调度指令；

32、s5：按照所述协同调度指令控制空气源热泵、电池储能系统和蓄热水箱运行。

33、在一种可能的实现方式中，所述协同调度指令的生成步骤中，当预测光伏发电功率大于预测热泵耗电功率时，优先使用光伏电力驱动热泵运行，多余光伏电力存入电池储能系统；当预测光伏发电功率小于预测热泵耗电功率时，优先释放电池储能系统电能驱动热泵运行，不足部分从电网补充。

34、3.有益效果

35、相比于现有技术，本发明的优点在于：

36、（1）在本技术中，光伏板余热回收提升热泵能效：通过光伏板与建筑结构围合构建微气候空间，将光伏板背面散发的热量保留在封闭空间内，使空气源热泵室外机运行环境温度提高8-15℃，热泵cop显著提升。

37、（2）在本技术中，基于深度学习的精准预测：采用自注意力机制与lstm相结合的混合模型进行热负荷预测，mape可达3.15%，较传统方法降低10%—17%，为前馈控制提供精准依据。

38、（3）在本技术中，电热双储协同优化调度：通过电池储能和蓄热水箱的联合调度，结合分时电价信号，实现削峰填谷和光伏电力最大化消纳，光伏利用率可达83%以上，系统运行成本显著降低。

39、（4）在本技术中，前馈－反馈复合控制：基于负荷预测的前馈控制结合变参数模糊反馈修正，有效减小室内温度波动，提升热舒适性。

40、（5）在本技术中，策略自适应能力：深度强化学习控制策略可根据实际运行数据持续优化，并具备跨场景迁移能力，适应不同建筑类型和气候条件。