太阳能梯级蓄热系统的制作方法

1.本发明涉及太阳能蓄热技术领域，尤其涉及太阳能梯级蓄热系统。


背景技术：

2.太阳能分布广，取之不尽，是一种理想的清洁绿色能源，采用太阳能进行供热可为“双碳”目标下的能源转化进程做出更大贡献。中国有很多适宜发展太阳能区域供热的地区，如西藏、东三省及北京市郊区等。受天气、气候影响，太阳能具有间歇性、不稳定性的缺点，因此太阳能供热技术需要配备蓄热系统来实现热量持续供应。目前应用较多的蓄热方式是采用水箱储存大量的热水，这种方式原理简单、方便实施，但是存在较多缺点：蓄热温度通常为几十摄氏度的低温级别，不能满足热负荷终端的多样化温度需求；需要电加热来维持水的热量，耗电量较大；蓄热周期较短，难以长时间储存热量，灵活性较差等。


技术实现要素：

3.本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
5.为此，本发明的实施例提出一种太阳能梯级蓄热系统，该太阳能梯级蓄热系统具有实现热量梯级储存和利用，能量利用效率高的优点。
6.根据本发明实施例的太阳能梯级蓄热系统，太阳能梯级蓄热系统包括蓄热装置和太阳能集热装置，所述蓄热装置包括依次串联的第一蓄热装置、第二蓄热装置和太阳能热泵，所述第一蓄热装置的最低蓄热温度、第二蓄热装置的最低蓄热温度和太阳能热泵的最低热量输入温度依次降低，所述太阳能集热装置的导热介质入口与太阳能热泵的导热介质出口连接，所述太阳能集热装置的导热介质出口与第一蓄热装置的导热介质入口连接。
7.根据本发明实施例的太阳能梯级蓄热系统实现热量梯级储存和利用具有能量利用效率高的优点。
8.在一些实施例中，所述第一蓄热装置为热化学蓄热装置。
9.在一些实施例中，所述热化学蓄热装置的蓄热温度为400～1000℃。
10.在一些实施例中，所述热化学蓄热装置的蓄热介质为金属碳酸盐、金属氢氧化物和金属氧化物中任意一种。
11.在一些实施例中，所述第二蓄热装置为显热蓄热装置。
12.在一些实施例中，所述显热蓄热装置的蓄热温度为40～400℃。
13.在一些实施例中，所述显热蓄热装置的蓄热介质为水、沙子和陶瓷中的至少一种。
14.在一些实施例中，所述太阳能热泵的热量输入温度为-10～40℃。
15.在一些实施例中，所述导热介质包括空气或二氧化碳。
16.在一些实施例中，所述太阳能集热装置为平板型太阳能集热器、全玻璃真空管集热器、u型管式空管集热器、热管式真空管集热器和直流式真空管集热器中的至少一种。
附图说明
17.图1是根据本发明实施例中太阳能梯级蓄热系统的结构示意图。
18.附图标记：1、太阳能集热装置；2、第一蓄热装置；3、第二蓄热装置；4、太阳能热泵；5、热负荷。
具体实施方式
19.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
20.根据本发明实施例的太阳能梯级蓄热系统，如图1所示，太阳能梯级蓄热系统包括蓄热装置和太阳能集热装置1，蓄热装置包括依次串联的第一蓄热装置2、第二蓄热装置3和太阳能热泵4，第一蓄热装置2的最低蓄热温度、第二蓄热装置3的最低蓄热温度和太阳能热泵4的最低热量输入温度依次降低，蓄热温度为热量输入温度。太阳能集热装置1的导热介质入口与太阳能热泵4的导热介质出口连接，太阳能集热装置1的导热介质出口与第一蓄热装置2的导热介质入口连接。太阳能集热装置1连接导热介质循环管路，第一蓄热装置2、第二蓄热装置3和太阳能热泵4均设置在导热介质循环管路上，第一蓄热装置2、第二蓄热装置3和太阳能热泵4分别与导热介质换热。第一蓄热装置2可以对高温热量进行蓄热，第二蓄热装置3可对中低温热量进行蓄热，太阳能热泵4可以对低温热量进行蓄热。第一蓄热装置2的最低蓄热温度可以是400℃，第二蓄热装置3的最低蓄热温度可以是40℃，太阳能热泵4的最低热量输入温度可以是-10℃。第一蓄热装置2、第二蓄热装置3和太阳能热泵4分别设置循环供热管路与热负荷5相连接并向热负荷5供热。
21.根据本发明实施例的太阳能梯级蓄热系统具有实现热量梯级储存和利用，提高能量利用效率，满足用户不用温度区间的多样化需求的优点。
22.在一些实施例中，第一蓄热装置2为热化学蓄热装置。热化学蓄热装置储热密度大。
23.由此，热化学蓄热装置能够实现蓄热系统跨季节长期存储蓄热周期长，蓄热周期为蓄热装置时蓄热装置对热量存储的时间，自外界热量输入起至热量输出结束。不同蓄热装置的蓄热周期不同，蓄热周期短的蓄热装置难以长时间储存热量。热化学蓄热通过可逆的热化学反应实现储热和放热，可以实现对热能品位的提升。
24.在一些实施例中，热化学蓄热装置的蓄热温度为400～1000℃。
25.由此，热化学蓄热装置的蓄热温度能够与太阳能集热器的导热介质温度相适应。
26.在一些实施例中，热化学蓄热装置的蓄热介质为金属碳酸盐、金属氢氧化物和金属氧化物中任意一种。
27.具体地，蓄热介质可以采用金属碳酸盐如碳酸钙，金属氢氧化物可以是氢氧化钙，金属氧化物可以是锰基、铜基、钴基氧化物材料和钙钛矿等。
28.蓄热介质还可以采用金属氢化物、氨、甲烷等其他材料。
29.在一些实施例中，第二蓄热装置3为显热蓄热装置。
30.由此，显热蓄热装置储存中低温热能，显热蓄热成本低、装置结构简单、技术成熟能够降低蓄热系统成本。
31.在一些实施例中，显热蓄热装置的蓄热温度为40～400℃。
32.由此，显热蓄热装置的蓄热温度能够吸收导热介质循环管路上中低温度的导热介质的热量，显热蓄热装置的最低热量输入温度与显热蓄热装置的蓄热介质相关。
33.在一些实施例中，显热蓄热装置的蓄热介质为水、沙子和陶瓷中的至少一种。
34.由此，蓄热介质采用水、沙子等材料成本低廉，热容量高。陶瓷做为蓄热材料具有低热膨胀性，能够缩小显热蓄热装置体积。显热蓄热装置采用水、沙子、陶瓷中的一种或者几种的组合能够降低蓄热系统成本的同时保证蓄热效果。
35.在一些实施例中，太阳能热泵4的热量输入温度为-10～40℃。太阳能热泵4能够更好地利用循环管路中导热介质的低温热量，太阳能热泵4可以制取并输出40～100℃的热量。太阳能热泵4利用低沸点制冷剂经过节流阀减压之后进入蒸发器蒸发吸热，太阳能热泵4利用压缩机将低沸点制冷剂蒸汽压缩，低沸点制冷剂经过冷凝器时放出吸收的热量而液化后，再回到节流阀处。太阳能热泵4能够利用低品味热源，提高蓄热系统蓄热容量。太阳能热泵4占地面积小，能够降低蓄热系统占用面积。
36.由此，太阳能热泵4工作范围广，能够充分利用低温热量，提高蓄热系统热量利用效率。
37.在一些实施例中，导热介质包括空气或二氧化碳。
38.由此，导热介质包括空气、二氧化碳等介质。导热介质在循环管路中要经历高温、中温和低温，空气或二氧化碳成本低，导热介质发生泄漏不易污染环境。
39.在一些实施例中，太阳能集热装置1为平板型太阳能集热器、全玻璃真空管集热器、u型管式空管集热器、热管式真空管集热器和直流式真空管集热器中的至少一种。
40.具体地，平板型太阳能集热器吸热面积大、制造成本低能够为蓄热系统充分供热。全玻璃真空管集热器吸热效率高，使用寿命长适应低温环境，能够配合蓄热系统工作。热管式真空管集热器集热效率高、得热量大、输出温度高适应热化学蓄热装置需求。直流式真空管集热器热效率高不易结垢，使用寿命长。
41.在一些实施例中，显热蓄热装置和太阳能热泵4作为供热主体向热负荷供热，热化学蓄热装置为应急补充。
42.由此，显热蓄热装置和太阳能热泵4的蓄热周期短，热化学蓄热装置的蓄热周期较长，能够实现蓄热系统实时供热又能满足跨季节储存热量的需求，提高了蓄热系统的供热灵活性。
43.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
44.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
45.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连
接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
47.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
48.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。