户用光伏电蓄热采暖新方法

本发明专利涉及的是一种光伏发电直接向蓄热电暖器供电实现小型分散户用采暖的新技术方法，特别适合我国广大北方农村地区的分散农舍冬季采暖使用。

本专利提供了一种我国广大北方农村地区采用可再生能源实现冬季采暖的新技术方法，为解决我国农村地区目前冬季采暖散烧煤（治理我国北方地区冬季雾霾）问题提供一个新思路。

目前我国城市，主要采用燃煤锅炉集中采暖，和少量的地热、燃气和电采暖；在农村，则只能任由农户散烧煤（或秸秆、木材等）实现采暖。在我国北方农村地区，冬季采暖能耗量一般将占到农户总能耗量50%以上，甚至达到70%～80%。

太阳能是当今世界最具发展前景的清洁新能源，到本世纪中叶将占到人类能源应用来源的50%以上。我国广大北方地区，日照条件普遍较好，具有丰富太阳能资源。

本专利正是基于如上现实，将分布式光伏发电与分散农居采暖能耗需求相结合的一种新技术方法。

本专利是一种小型光伏发电装置直接向蓄热电暖器供电，实现蓄热采暖的新技术方法，分为交流和直流两种工作模式。其特点分别如下：

1、交流模式，原理结构框图见图1。

1）由光伏组件方阵、逆变控制器组成一个小型光伏发电系统（规模一般在3KWp～20 KWp之间），光伏组件方阵直流输出电压应与逆变控制器直流输入电压要求相匹配，最高电压1000VDC；逆变控制器交流输出电压应与蓄热电暖器供电电压要求相匹配，为（单相）220VAC或380VDC（三相）。

2）蓄热电暖器作为220VAC（单相）和380VDC（三相）的交流用电设备与上述小型独立光伏发电系统相连接使用，实现蓄热与采暖功能。

3）一个户用光伏电蓄热采暖系统，应由一个光伏发电系统和至少一台蓄热电暖器组成。

4）蓄热电暖器可实现将光伏电力（白天发电6-8小时的）变为热量用于放热采暖，同时可将多余光伏电力变为热量储存于该装置中，在无电情况下实现18小时以上的放热采暖。

5）蓄热电暖器应具备过热保护功能，其额定功率和使用台数，应由小型光伏发电系统规模大小、所实现采暖面积、环境条件、采暖温度等因素决定。

6）蓄热电暖器也可使用其它交流供电方式工作。

2、直流模式，原理结构框图见图2。

1）由光伏组件方阵、充放电控制器、蓄电池组组成一个小型独立光伏发电系统（规模一般在3KWp～20 KWp之间），光伏组件方阵直流输出电压应符合充电控制器直流输入电压要求（建议选择直流安全电压最高70VDC）；

2）充放电控制器应具备向蓄热电暖器供电同时，将多余光伏电力控制储存于蓄电池组中，在蓄热电暖器温度低于采暖放热需要时，由充电控制器启动蓄电池对蓄热电暖器供电加热。

3）蓄热电暖器作为直流用电设备由上述小型独立光伏发电系统供电，实现蓄热采暖功能。

4）一个户用光伏电蓄热采暖系统，应由一个光伏发电系统和至少一台蓄热电暖器组成。

5）蓄热电暖器可将光伏电力（白天发电6-8小时）变换成热量实现放热采暖的同时，还可将多余光伏电力变换成热量储存于该装置中，在无光伏发电情况下实现18小时以上的放热采暖。

6）蓄热电暖器应具备过热保护功能，其额定功率和使用台数，应由小型光伏发电系统规模大小、所实现采暖面积、环境条件、采暖温度等因素决定。

3、蓄热电暖器，组成结构框图见图3。

1）蓄热电暖器，由蓄热材料、电加热装置、外保温层、控制装置、送风装置、壳体等六大部分及相关连线与辅助部件构成；

2）蓄热材料，为热容量极大的高密度材料，诸如高密度陶瓷氧化镁铁材料等；

3）电加热装置，耐1000℃以上高温的电加热管，不锈钢、镍铬合金等；

4）外保温层，具备高效保温隔热性能的材料；

5）控制装置，根据检测温度，实施装置通电、加热、送风等操作功能的控制单元；

6）送风装置，风扇；

7）壳体，装置保护壳体。

图1. 户用光伏电蓄热采暖(交流模式)结构框图。

图2. 户用光伏电蓄热采暖(直流模式)结构框图。

图3. 蓄热电暖器结构框图。

1、下面结合附图1对本发明的交流模式作进一步的说明。本发明工作流程按以下步骤执行：

步骤一、小于1000VDC的光伏组件方阵直流输出，接入逆变控制器输入端子；

步骤二、在逆变控制器实现DC/AC变换成220VAC（单相）或380VAC（三相）输出向蓄热电暖器供电；

步骤三、通过蓄热电暖器内部电加热装置加热蓄热材料，温度到达事先设定的（根据蓄热材料和电加热装置安全情况，比如高密度陶瓷氧化镁铁材料可长期工作在700～750℃左右）上限值后，停止电加热；反之亦然，当内部蓄热材料低于某一设定温度时，启动电加热装置工作，之间设定一合理的控制滞回区；

步骤四、当室内温度低于某一采暖温度要求时（比如15℃），可以手动或自动控制蓄热电暖器的采暖工作（送出低于100℃安全暖风）；其内部蓄热材料所蓄热能量可支持其工作18小时以上的采暖放热工作（即送出暖风始终高于周围环境10℃以上）；反之亦然，当室内温度高于某一设定温度时，可以手动或自动控制停止蓄热电暖器采暖放热工作，之间设定一合理的控制滞回区；

步骤五、当室内温度低于某一采暖要求温度，同时蓄热电暖器由于内部蓄能不足，无法送出采暖暖风时，本系统可手动或自动切换到使用配电网供电模式。

2、下面结合附图2对本发明的直流模式作进一步的说明。本发明工作流程按以下步骤执行：

步骤一、小于70VDC的光伏组件方阵直流输出，接入充电控制器的输入端子；

步骤二、由充放电控制器控制完成对蓄热电暖器实现60VDC直流电加热和剩余光伏电力向60VDC蓄电池组充电；

步骤三、通过蓄热电暖器内部电加热装置为蓄热材料加热，温度到达事先设定的（根据蓄热材料和电加热装置安全情况，比如高密度陶瓷氧化镁铁材料可长期工作在700～750℃左右）上限值后，停止电加热；反之亦然，当内部蓄热材料低于某一设定温度时，启动电加热装置工作，之间设定一合理的控制滞回区；

步骤四、当室内温度低于某一采暖要求温度时（比如15℃），可以手动或自动控制蓄热电暖器的采暖工作（送出低于100℃安全暖风）；其内部蓄热材料所蓄热能量可支持其工作18小时以上的采暖放热工作（即送出暖风始终高于周围环境10℃以上）；反之亦然，当室内温度高于某一设定温度时，可以手动或自动控制停止蓄热电暖器采暖放热工作，之间设定一合理的控制滞回区；

步骤五、当蓄热电暖器由内部温度低于设定工作温度时，充放电控制器可手动或自动切换到蓄电池组供电加热模式，以便采暖功能继续。

步骤六、蓄电池组设计有充放电保护电压，当高于或低于相应保护电压设定值时，蓄电池组停止充放电工作。