能全天候连续供暖光伏耦合热泵供暖系统及控制方法与流程

本发明涉及民用清洁供暖设备，尤其涉及一种面向北方户用的能全天候连续供暖光伏耦合热泵供暖系统及控制方法。

背景技术：

1、我国北方地区冬季寒冷漫长，供暖负荷大、持续时间长，北方户用建筑（多为三层及以下，屋顶面积80～120㎡）是清洁供暖的重点场景，涵盖农村自建房、城镇低层住宅等多种类型。常规空气源热泵在冬季室外低温工况下制热能效显著衰减，极端低温工况运行稳定性差、能耗偏高；现有光伏热泵系统多为简单电气叠加，未针对北方户用建筑（屋顶80～120㎡）的安装条件与低温气候特点设计，普遍存在以下技术痛点：

2、1）弱光、阴天时光伏出力不足，热泵易停机，无法实现北方冬季所需的全天候连续供暖。

3、2）夜间无光照时段依赖电化学储能或全额市电，初投资高、安全性与经济性不佳，不符合北方户用建筑低成本、易维护的使用需求。

4、3）仅对室内空气直接加热，未充分利用建筑围护结构的高热容特性，未将其作为主动蓄能载体，无法实现热量的昼夜储存与释放，能源利用效率低。

5、4）无法主动规避热泵低温低效运行区间，系统综合能效偏低，未能将建筑保温的功能从“被动隔热”升级为“主动蓄能”，且光伏、热泵容量与北方户用建筑80–120㎡屋顶面积、100～200㎡室内热负荷不匹配，适配性差。

6、如：现有技术一的中国专利申请cn221222809u公开了一种光伏建筑耦合的空气源热泵循环供热系统，该系统设有缓冲储热水箱作为外置储热装置，建筑保温仅作为被动隔热部件，无主动蓄能、释能逻辑，无法规避热泵低温低效工况，且依赖外置储热装置导致系统复杂度与初投资偏高；同时未针对北方户用建筑（屋顶80～120㎡）设计，光伏容量与屋顶面积不匹配。

7、现有技术二的中国专利申请cn219118459u公开了一种内嵌毛细管式辐射供冷暖复合相变蓄能墙体，该墙体依赖相变材料实现蓄能，并非以建筑围护结构的高热容混凝土层结合辐射末端与保温层构成一体化主动蓄能体，且未与光伏直流直驱、全天热量平衡控制协同，无法实现弱光不停机与无电化学储能的连续供暖；未考虑北方户用建筑的结构特点与低温气候需求，系统适配性不足。

8、现有技术三的中国专利申请cn115540022a公开了一种光伏耦合水环热泵及储能系统，该系统设有相变储能水箱等外置储能装置，光伏出力不足时无法满足全天连续供暖，且未将建筑围护结构的高热容混凝土层结合辐射末端与保温层构成一体化主动蓄能体，未针对北方户用建筑（屋顶80–120㎡）的安装标准与低温气候优化容量配比与控制策略。

9、针对上述缺陷，如何结合北方户用建筑（屋顶80～120㎡、室内100～200㎡）的实际安装与使用需求，通过一种能实现弱光不停机、夜间无储能持续供暖，并显著提升低温环境下系统综合能效，精准适配北方户用建筑的实际需求的光伏耦合热泵供暖系统是需要解决的问题。

10、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种能全天候连续供暖光伏耦合热泵供暖系统及控制方法，能实现弱光不停机、夜间无储能持续供暖，并显著提升低温环境下系统综合能效，精准适配北方户用建筑的实际需求，进而解决现有技术中存在的上述技术问题。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种能全天候连续供暖的光伏耦合热泵供暖系统，包括：

4、光伏发电单元、直流供电单元、变频空气源热泵机组、一体化主动蓄能体、温度检测单元和智能控制器；其中，

5、所述光伏发电单元的光伏直流电输出端经直流供电单元内的mppt最大功率点跟踪模块接入所述直流供电单元，经所述直流供电单元对光伏直流电进行最大功率点跟踪与电压变换后，接入变频空气源热泵机组的直流母线为所述变频空气源热泵机组供电；

6、所述直流供电单元通过整流模块与市电连接，能在所述智能控制器判断当所述光伏发电单元实时输出功率低于所述变频空气源热泵机组最低稳定运行功率时，经整流模块对引入该直流供电单元的市电整流后接入所述变频空气源热泵机组直流母线为所述变频空气源热泵机组供电，实现光伏与市电的混合供电；

7、所述变频空气源热泵机组的热能输出端与一体化主动蓄能体能连接，所述一体化主动蓄能体能设置于需供热建筑的原生围护结构内，能储热并向需供热建筑内放热；

8、所述温度检测单元，分别设置在需供热建筑的室内与室外，能实时采集需供热建筑的室内外温度数据；

9、所述智能控制器，分别与所述变频空气源热泵机组的控制端、温度检测单元和直流供电单元通信连接，能根据所述温度检测单元所采集的需供热建筑的室内外温度数据，动态调整所述变频空气源热泵机组的运行参数，使所述变频空气源热泵机组的运行与所述一体化主动蓄能体的蓄能与释能协同匹配，为需供热建筑全天候连续供暖；以及判断当所述光伏发电单元实时输出功率低于所述变频空气源热泵机组最低稳定运行功率时，控制所述直流供电单元切换至由市电为所述变频空气源热泵机组供电。

10、一种对本发明所述的能全天候连续供暖的光伏耦合热泵供暖系统的控制方法，包括：

11、（1）在强光时段：通过所述系统的智能控制器控制所述变频空气源热泵机组以低温大流量工况向所述一体化主动蓄能体高效蓄能，使需供热建筑室内温度不超过预设温度范围；

12、（2）在弱光时段：通过所述智能控制器实时采集所述光伏发电单元的电压、电流信号以计算该光伏发电单元的实时输出功率，并按预设的功率—频率映射关系控制所述变频空气源热泵机组降频至300w～1000w功率区间持续运行，不停机，同时向所述一体化主动蓄能体补充热量损耗；

13、（3）在夜间与正常低温时段：通过所述智能控制器控制所述变频空气源热泵机组停机，由所述一体化主动蓄能体向需供热建筑室内自然释放热能，维持需供热建筑室内温度不低于16℃。

14、（4）在极端低温时段：当以下条件全部满足时，由所述智能控制器切换至由市电为所述变频空气源热泵机组供电，向需供热建筑室内供热，维持需供热建筑室内温度不低于16℃；

15、所述条件包括：

16、（41）当所述光伏发电单元的实时输出功率低于所述变频空气源热泵机组最低稳定运行功率；

17、（42）所述一体化主动蓄能体内部温度低于其蓄热温度下限或室内温度低于16℃达到2小时；

18、（43）室外温度低于-15℃或连续无有效光照时长＞24h；

19、当以上条件不再同时满足时，所述智能控制器控制退出市电供电，恢复由所述光伏发电单元为所述变频空气源热泵机组供电。

20、上述方式能实现全天以热量平衡控制，不依赖电化学储能，市电仅作极端兜底，适配北方户用建筑（80～120㎡屋顶、室内100～200㎡）的使用场景。

21、与现有技术相比，本发明所提供的能全天候连续供暖光伏耦合热泵供暖系统及控制方法，有益效果包括：

22、(1)采用全天热量平衡控制策略，替代传统实时电功率匹配模式，弱光工况下可连续运行，供暖连续性大幅提升；同时区别于现有“建筑保温与热泵被动配合”的技术模式，通过一体化主动蓄能体实现二者的主动协同蓄能、释能，适配北方户用建筑的供暖需求与低温气候特点。

23、(2)通过设置一体化主动蓄能体，实现以建筑围护结构的混凝土蓄热层蓄热、保温层绝热深度协同，完全替代电化学储能装置，将建筑围护结构由单纯隔热升级为以高热容混凝土蓄热层蓄热、辐射末端传热、保温层绝热的一体化主动蓄能体，既消除电池安全隐患，又显著降低系统初投资，符合北方户用建筑低成本、易维护的使用需求，突破现有技术的功能局限。

24、(3)采用低温大流量蓄能方式，以提升结构蓄能密度为目标，室温平稳无超调（维持在18℃至22℃），舒适性更强；建筑保温层同步发挥隔热作用，减少蓄存热量流失，保障夜间释能效果（室温不低于16℃），适配北方冬季夜间长时间供暖需求。

25、(4)可主动规避空气源热泵冬季低温制热低效工况，系统综合能效显著提高，解决现有光伏热泵弱光停机、夜间依赖电池的痛点，同时光伏、热泵容量精准适配北方户用建筑80～120㎡屋顶面积与100～200㎡室内热负荷，适配性更强。

26、(5)专为北方严寒及寒冷地区户用建筑设计，适配北方户用建筑安装条件（屋顶80～120平方米，优先适配屋顶80～120㎡、室内面积100～200㎡的主流北方户用场景），系统成熟可靠、施工便捷，适配北方户用建筑的建筑结构与安装条件，适于规模化推广；本发明的核心点是一体化主动蓄能体、无电化学储能和全天热量平衡策略，在技术上实现了对现有“保温+热泵”被动配合模式的实质性突破。

27、(6)市电依赖度低，节能与经济性突出，运行成本低，贴合北方户用建筑的使用需求，具备良好的实用价值与