一种间膨式PVT辅助地源热泵系统及运行方法

本发明属于能源综合利用，尤其涉及一种间膨式pvt辅助地源热泵系统及其运行方法。

背景技术：

1、近年pvt(太阳能光伏/热)技术迅猛发展，pvt技术将光伏电池技术与太阳能集热技术相结合，不仅能将太阳能有效地转化为电能，同时通过其集热组件中的冷却介质带走光生伏特效应产生的热量并有效利用，可以实现太阳能在有限空间的高效热电联产，但目前已有的直膨式pvt热泵结构系统稳定性较差，易受季节和天气因素影响，难以在夜间或极端天气为用户提供稳定的热能供应，并且液体工质pvt系统通常以水箱作为储热设备，存在夏季产热较多，水箱温度达到设定点而余热无法及时利用等挑战。

2、地源热泵因其低碳性、高能效比以及稳定性而被视为重要的建筑供暖制冷技术，它通过使用少量电能使低品位地热能转换为高品位热能，其技术特点包括通过埋在地下的地埋管与土壤进行高效热交换，从而实现空间加热和制冷。相较于空气源热泵系统，地源热泵系统在能效比和运行稳定性方面更具优势，并且受天气条件影响较低。地源热泵系统还使用先进的压缩机技术，耐用的材料和智能控制系统，以确保系统长期稳定运行，同时减少对有限能源资源的依赖，符合可持续发展和环保的原则；在实际运行中，地源热泵系统面临热负荷和冷负荷不均衡的挑战，长期连续运行可能导致从土壤中提取的热量超过土壤的自然回温量，从而引起土壤温度衰减的问题，这不仅会导致地热能的短期不可持续性，而且会显著影响地源热泵系统的制热效率。

技术实现思路

1、为克服现有技术的上述问题，本发明提出一种间膨式pvt辅助地源热泵系统及其运行方法，通过规划设计pvt阵列与热泵机组的间接热耦合连接的间膨式pvt辅助地源热泵系统，精细化计量土壤热交换量对土壤温度的影响，并考虑地埋管阵列根据季节和负荷的分区运行，控制阀门组的状态切换系统的运行模式，合理分配地热能的灌热与使用，高效利用太阳能并维持地热能的可持续性和地源热泵的高效、稳定运行，从而降低一次能源的消耗，推进供能系统的低碳化进程。

2、本发明采用如下技术方案来实现的：

3、一种间膨式pvt辅助地源热泵系统，包括pvt热电联供?？?、地热能?？?、热泵机组?？?、辅助制热?？楹陀没Ч┤扔牍├淠？?；

4、pvt热电联供?？?，用于将太阳能高效地转换为电能和热能并输出，电能可直接供给于该系统或通过逆变器输送至电网，热能通过板式换热器间接输送给地热能?？?；

5、地热能?？?，用于与pvt热电联供?？?、热泵机组?？橐约案ㄖ迫饶？橛胪寥乐械厝饶艿慕换?；第一：用于将pvt热电联供?？橹?，由板式换热器间接输出的热能通过地埋管阵列灌入土壤，以维持土壤的热平衡；第二：在制热模式下，将地热能输送到热泵机组?？?，在制冷模式下，将热泵机组输出的热能输送给地热能?？椴⒐嗳胪寥?，高效地实现系统供热和供冷；第三：在pvt热电联供?？榉⒌绺挥嗷蛲寥牢露裙偷那榭鱿?，连通辅助制热?？橛氲厝饶苣？?，将电锅炉输出的热能通过地埋管阵列灌入土壤，解决地热能地短期不可持续性问题；

6、热泵机组?？?，用于与地热能?？榻腥饶芙换?，从而高效地向用户供热与供冷?？樘峁┤饶芑蚶淙茨?；热泵制热模式下，热泵机组利用地热能?？槭涑龅娜饶?，加热用户供热与供冷?？橹械拇⑷人?，以实现向末端用户供热，在热泵制冷模式下，热泵机组通过将用户供热与供冷?？橹械拇⒗渌涞娜饶苁渌透厝饶苣？?，以实现向末端用户供冷；

7、辅助制热?？?，一方面用于在电价低、末端负荷高、土壤温度低或者地源热泵故障情况下，加热用户供热与供冷?？橹械拇⑷人?，从而满足系统的供热需求；此外，在非供暖季且电价低或pvt热电联供?？槭涑龅缒芨挥嗟那榭鱿?，利用辅助制热?？橄虻厝饶苣？槭渌腿饶?，合理分配地热能的灌热，以保证地热能的可持续性和地源热泵在供暖季的正常运行；

8、用户供热与供冷?？?，用于通过储热水箱和储冷水箱向用户末端供热和供冷。

9、本发明进一步的改进在于，pvt热电联供?？榘╬vt集热/蒸发装置、板式换热器、pvt循环泵和逆变器；

10、板式换热器的热水出口通过pvt循环泵连通至pvt集热/蒸发装置的进口，pvt集热/蒸发装置的出口连通至板式换热器的热水进口；pvt集热/蒸发装置通过逆变器连接至电网。

11、本发明进一步的改进在于，板式换热器与pvt集热/蒸发装置组成的冷冻液循环回路中采用的介质是乙二醇与水的混合溶液。

12、本发明进一步的改进在于，地热能?？椴捎寐裆柙谕寥乐械牡芈窆苷罅?，地埋管阵列通过管道和截止阀与板式换热器组成水循环回路，并且通过板式换热器将冷冻液循环回路和水循环回路分开。

13、本发明进一步的改进在于，地埋管阵列设置有多个，多个地埋管并联布置，并且地埋管阵列通过控制对应截止阀的开断实现地埋管的分区运行。

14、本发明进一步的改进在于，热泵机组?？榘ㄕ舴⑵?、电子膨胀阀、冷凝器以及压缩机。

15、本发明进一步的改进在于，辅助制热?？椴捎玫绻?，用于在电价低、末端负荷高、土壤温度低或者地源热泵故障情况下，加热储热水箱以满足供热需求，以及在非供暖季且电价低或pvt热电联供?？槭涑龅缒芨挥嗟那榭鱿孪蛲寥拦嗳?，以维持土壤热平衡。

16、本发明进一步的改进在于，用户供热与供冷?？榘ù⑷人浜痛⒗渌?。

17、所述的一种间膨式pvt辅助地源热泵系统的运行方法，包括：

18、1)统计负荷侧历史电热冷负荷和天气数据制作数据集；

19、2)根据历史电热冷负荷和天气数据确定在以维持土壤温度的目标下，下一年度每月各设备与土壤的热交互量与最终土壤温度的月度策略；

20、3)根据天气预报和历史数据生成下一日用户负荷预测数据；

21、4)根据预设的系统数学模型和电热冷负荷预测数据，以及该月的月度策略，获取下一日系统运行策略；

22、5)根据运行策略调整系统的运行模式，并更新该月份的月度策略。

23、本发明至少具有如下有益的技术效果：

24、本发明提供的一种间膨式pvt辅助地源热泵系统，通过光伏光热(pvt)技术实现高效的热电联供，以提高太阳能在有限空间内的综合利用效率，能够充分发挥清洁、可再生能源的优势，这对于解决城市环境和有限空间建筑所面临的空间限制问题具有重要意义；将pvt阵列与热泵机组间接热耦合连接，能够降低季节和天气因素影响，提高系统运行稳定性；此外，将pvt阵列输出的低品位热能注入土壤，实现了对地热能的可持续维护，通过这一设计，成功克服了地源热泵长期运行导致的土壤温度下降和制热效率衰减的问题，从而降低了热泵机组的电能耗费和供能过程中的碳排放量，并且显著提升系统的运行稳定性。

25、本发明提供的一种间膨式pvt辅助地源热泵系统的运行方法，在以系统经济性最优的目标下，综合考虑光照强度、土壤温度、负荷等因素以及系统中各设备的运行约束，精细化计量土壤热交换量对土壤温度的影响，并考虑地埋管阵列根据季节和负荷的分区运行，从而确定各时段系统的运行模式以及各设备具体的运行功率，有效提高系统的运行效率，降低系统的运行成本；相比于传统控制方法中的定时或定温控制策略，本发明提供的运行控制方法能够更加真实充分地考虑系统运行的物理过程，并提供更多运行优化空间。