光伏扬水与冷暖供应一体化系统.pdf

本发明公开了一种具有冷暖供应功能的高效率光伏扬水系统，属于太阳能光伏利用的技术领域。其基本特征为：利用太阳能电池阵列吸收日照能量，转换为电能并通过电力变换器或者直流电机驱动器供给各种类型的电机，拖动水泵从深井提水，光伏水泵提出来的地下水经过U型管组后供给人畜用水或植被灌溉用水。由于深层地下水具有冬暖夏凉的特点，因此，U型管与周围环境进行热交换，起到空调的作用。该装置只需要在以往的光伏扬水系统上，追加非常简单的U型管组即可以实现其供暖和供冷功能，非常经济实用。其优点在于结构简单、节能环保、冬暖夏凉，既可以利用太阳能提水解决人畜饮水和植被灌溉问题，又能为周围环境夏供冷、冬供热，改善周围环境。

权利要求书
1.  光伏扬水与冷暖供应一体化系统，其特征在于：它包括：
一光伏发电系统[1]，为置于深井[3]中的电机供电；
一电机和水泵[2]，将地下水通过水管[7]提至地表；
一U型管组[4]，促进冬暖夏凉的地下水与地表环境之间的热交换；
两个阀门[5]和[6]，调节阀门的开度来控制流量和环境温度；
被泵上来的地下水经过U型管组后供给蓄水池或地表用水。

2.  根据权利要求1所述的光伏扬水与冷暖供应一体化系统，省去阀门[5]或阀门[6]。

3.  根据权利要求1和2所述的光伏扬水与冷暖供应一体化系统，阀门[5]或阀门[6]采用水泵代替。

4.  根据权利要求1和2所述的光伏扬水与冷暖供应一体化系统，阀门[5]或阀门[6]采用压缩机代替。

5.  根据权利要求1所述的光伏扬水与冷暖供应一体化系统，太阳能光伏发电系统采用常规电源作为后备电源代替，由后备电源给电机供电。

6.  根据权利要求1所述的光伏扬水与冷暖供应一体化系统，U型管组采用一个或多个U型管彼此连接而成。

7.  根据权利要求1所述的光伏扬水与冷暖供应一体化系统，光伏发电系统配有蓄电池或电容作为储能装置。

说明书光伏扬水与冷暖供应一体化系统
技术领域
本发明将光伏扬水系统与住宅的冷暖供应结合为一体，属于太阳能光伏利用技术的领域。
背景技术
在我国许多地区，降水量少，常年干旱，植被的生长受到限制，人类的生活用水供应非常困难，但这些地区太阳能资源非常丰富，还具有相当好的地下水资源，最好的解决办法是利用当地丰富的太阳能资源，开发无需燃料消耗、无污染、便于搬运、安装，维修简单的光伏扬水系统，将丰富的地下水通过水泵引至地表，供给人畜饮用和植被灌溉，对解决我国各地农村尤其是我国西部地区的饮用水和植被灌溉，促进地区经济发展并防止沙漠化起着非常重要的作用，因此，光伏扬水系统将得到长期的广泛应用。
光伏扬水系统的水源通常在地下十多米甚至几十米深处，其温度与地表气温有较大的差别，并且具有冬暖夏凉的特点。目前，光伏扬水系统泵出来的水被直接取用或储存后用于植被的灌溉等，而水与地表环境之间的温差得不到较好的利用。而在夏天，室内气温很高，往往需要配备空调来降温，在冬天，室内气温很低，同样需要空调来升温，这不仅仅需要花费较高的成本，而且需要耗费大量的电能。
发明内容
为了使光伏扬水系统的水温得到综合利用，达到既能扬水解决局部缺水问题，又能调节室温提供舒适环境的目的。本发明利用光伏扬水系统为电机供电，拖动水泵将深井地下水通过水管提至地表，根据地下水冬暖夏凉的特点，让其通过U型管组等换热装置后再供给地面用水，实现向室内夏季供冷、冬季供热的功能。在水管上可以装设阀门用以调节U型管组水温和出水口流量。
作为本发明的一种实施方式，所述太阳能光伏发电系统采用常规电源等作为后备电源，在太阳能不足时采用后备电源供电。
作为本发明的一种实施方式，所述阀门省去一部分，利用剩余阀门调节气温和出水流量，或者所述阀门全部省去，不进行气温调节和出水口流量控制。
作为本发明的一种实施方式，所述阀门采用水泵或压缩机代替，通过水泵和压缩机的控制来调节U型管组与环境的热交换及出水口流量。
作为本发明的一种实施方式，所述U型管组采用一个或多个U型管彼此连接而成。
作为本发明的一种实施方式，所述光伏发电系统可配有蓄电池或电容作为储能装置。
作为本发明的一种实施方式，所述U型管组旁可增设风机等辅助设备促进水与周围环境之间的热交换。
本发明所采用的技术方案如下：
一种光伏扬水与冷暖供应一体化系统，主要包括太阳能光伏发电系统、电机、水泵、U型管组和阀门等，其特征在于：本发明通过太阳能光伏发电系统向置于深井中的电机供电，电机拖动水泵将地下水通过水管提至地表，水管一端与水泵相连，另一端与U型管组相连，由于深井地下水具有冬暖夏凉的特点，它通过U型管组时与周围环境发生热交换，夏天为其供冷，冬天为其供暖。光伏扬水系统从深井中泵出的水通过U型管组后可储存在水池中，也可以直接取用，解决局部地区缺水问题。作为本发明的一种实施方式，可在水管上设置阀门，用以调节地下水管和U型管组中的水压力，从而可以调节U型管组的水温和出口流量。
本发明的技术效果在于：
1.利用太阳能光伏发电系统将洁净环保的太阳能转换为电能传递给电机，带动水泵从深井提水，解决局部地区缺水问题。
2.利用深井地下水冬暖夏凉的特点，通过U型管组为室内夏天供冷和冬天供暖，经济实用，节能环保，并具有自适应的特点，夏天日照强烈时，室内气温更高，这时光伏扬水系统扬水更多，供冷凉也越多，气温调节效果越好。
附图说明
图1是光伏扬水与冷暖供应一体化系统的结构简图。
图2是以常规电源作为后备电源的光伏扬水与冷暖供应一体化系统的结构简图。
具体实施方式
光伏扬水与冷暖供应一体化系统主要由太阳能光伏发电系统、电机、水泵、U型管组和阀门等部分构成，根据不同的需求，具有多种实施方式，下面结合附图和实施例对本发明系统作进一步说明。
实施例1：
如图1所示是本发明系统的一个实施例，太阳能光伏发电系统[1]由太阳能电池阵列、电力变换器和控制器等构成，用来为电机和水泵[2]提供电能；太阳能电池阵列采用多块三洋高性能HIT电池串并联而成，它将太阳能转换为直流电能；电力变换器将此直流电转换为电机所需形式的电能，本发明实施例中采用三相交流异步电动机，电力变换器采用三相全桥逆变器结构，电力电子器件采用智能功率模块(IPM)，电力变换器将光伏阵列输出的直流电转换为电机所需的三相交流电后供给三相交流异步电机，控制器主要用来对太阳能进行最大功率跟踪(MPPT)并对电力变换器进行驱动控制。水泵采用深井潜水泵，电机和水泵[2]采用一体化结构，置于十多米甚至几十米的深井[3]中。把一个或多个具有热传导性能的管道弯成U型后连成U型管组[4]，置于地表需要供冷或供热的地方。U型管组与水泵之间通过水管[7]相连，深井地下水从水泵获得动能后，沿着水管流过U型管组，与周围环境发生热交换，为周围环境夏天供冷、冬天供暖，从而调节周围环境的温度。U型管组的另一端置于地表以上，供给地面用水。在U型管组的两端设置有阀门[5]和[6]，调节阀门的开度可以调节地下水压和U型管组水压，从而可以调节U型管组与周围环境之间的热交换以及地面供水流量。
实施例2：
与实施例1相比，区别在于增加了常规电源作为后备电源，在太阳能光伏发电系统功率不足的时候通过选择开关自动切换至常规电源给潜水电机供电。
实施例3：
与实施例2相比，区别在于在U型管组旁增加电风扇促进U型管组与周围环境之间的热交换，电风扇的电源优先考虑太阳能光伏发电系统，当太阳能光伏发电系统功率不足时自动切换至常规电源供电。