1.本发明涉及一种联合供能系统，特别涉及一种光伏光热与地源热泵联合供能系统。
背景技术：
2.目前，地源热泵是一种利用地下浅层地热资源进行供热和制冷的高效节能环保型空调系统。现有的地源热泵系统一般冬季从地下取热，在夏季从地下取冷。然而，在以供暖需求为主的严寒地区，长期运行单一的地源热泵很容易导致土壤冷堆积。另一方面，光伏电池在太阳光的照射下产生电能，同时部分太阳光转化为热能，导致光伏电池的温度升高，随着温度的升高光伏电池的发电效率逐渐降低。特别是在夏季的时候，太阳直射光伏电池，温度快速升高，发电效率急剧降低，同时，产生的大量的热量没有被利用，从而使太阳能的综合利用率比较低。此外，传统的地源热泵系统由于缺乏有效的控制策略，导致系统效率不高。因此，提出一种光伏光热与地源热泵联合供能系统，该系统能够将地热能和太阳能光伏光热系统中收集的热量通过一定的控制策略联合起来用于建筑供能。
技术实现要素：
3.本发明的主要目的是为了解决在严寒地区长期使用地源热泵所导致的土壤热失衡问题；
4.本发明的另一个目的是将地热能与太阳能光伏光热系统中收集的热量联合使用，以提高太阳能的综合利用效率；
5.本发明为了解决上述问题，达到上述目的而提供的一种光伏光热与地源热泵联合供能系统。
6.本发明提供的光伏光热与地源热泵联合供能系统包括有地热盘管换热器、光伏集热器、第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器、第一循环管路、第二循环管路、第三循环管路、第四循环管路和控制器，其中第一换热器通过第一循环管路与地热盘管换热器相连通，第二换热器通过第二循环管路与光伏集热器相连通，第一换热器、第二换热器和第三换热器通过第三循环管路相串联，第三换热器和第四换热器通过第四循环管路相连通，控制器分别与第一循环管路、第二循环管路、第三循环管路和第四循环管路上装配的控制阀与水泵相连接并控制控制阀与水泵的工作。
7.第一循环管路和第二循环管路之间还连接有第一支管和第二支管，第一支管与第一循环管路的连接处装配有第一三通阀，第一支管与第二循环管路的连接处装配有第二三通阀，第二支管与第一循环管路的连接处装配有第三三通阀，第二支管与第二循环管路的连接处装配有第四三通阀，第一三通阀与地热盘管换热器之间的第一循环管路上装配有第一水泵，第四三通阀与光伏集热器之间的第二循环管路上装配有第二水泵，第四三通阀后部的第二循环管路上装配有第一温度传感器，光伏集热器上装配有第二温度传感器，第一温度传感器和第二温度传感器与控制器相连接，第一温度传感器和第二温度传感器能够把
采集的数据实时传输给控制器，第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀、第一水泵和第二水泵均与控制器相连接并由控制器控制工作。
8.第三循环管路上相串联的第一换热器和第二换热器两端的第三循环管路上连接有第三支管，第三支管的上下两端与第三循环管路的连接处分别装配有第五三通阀和第六三通阀，第五三通阀与第三换热器之间的第三循环管路上装配有膨胀节流阀，第六三通阀和第三换热器之间的第三循环管路上连接有并联的两条旁通管，两条旁通管的两端与第三循环管路的连接处分别装配有第一换向阀和第二换向阀，第一换向阀和第二换向阀之间的第三循环管路上装配有压缩机，第三支管与第一换热器和第二换热器中间的第三循环管路之间装配有第四支管，第四支管的两端与第三循环管路和第三支管的连接处分别装配有第七三通阀和第八三通阀，第一换热器和第七三通阀之间的第三循环管路上装配有第一干度检测器，第二换热器与第六三通阀之间的第三循环管路上装配有第二干度检测器，第一干度检测器和第二干度检测器均与控制器相连接，第一干度检测器和第二干度检测器能够把采集的数据实时传输给控制器，控制器分别与第五三通阀、第六三通阀、膨胀节流阀、第一换向阀、第二换向阀、压缩机、第七三通阀和第八三通阀相连接，控制器控制第五三通阀、第六三通阀、膨胀节流阀、第一换向阀、第二换向阀、压缩机、第七三通阀和第八三通阀的工作。
9.第四循环管路上装配有第三水泵，第四循环管路通过传输管连接有第一补水箱，第一补水箱与第四循环管路之间的传输管上装配有第一压力传感器和第一补水泵，第一压力传感器与控制器相连接，第一压力传感器能够把采集的数据实时传输给控制器，控制器分别与第三水泵和第一补水泵相连接并控制第三水泵和第一补水泵的工作。
10.第四换热器上还连接有第五循环管路，第五循环管路上通过旁通管装配有两个相并联的风机盘管，第五循环管路与两条旁通管两端的连接处分别装配有第九三通阀和第十三通阀，第九三通阀和第四换热器之间的第五循环管路上装配有第四水泵，第十三通阀和第四换热器之间的第五循环管路上装配有第五水泵，第五循环管路通过传输管连接有第二补水箱，第二补水箱与第五循环管路之间的传输管上装配有第二压力传感器和第二补水泵，第二压力传感器与控制器相连接，第二压力传感器能够把采集的数据实时传输给控制器，控制器分别与第九三通阀、第十三通阀、第四水泵、第五水泵和第二补水泵相连接并控制第九三通阀、第十三通阀、第四水泵、第五水泵和第二补水泵的工作。
11.第二循环管路分别通过第五支管和第六支管与第五循环管路相连接，第五支管与第二循环管路的连接处装配有第十一三通阀，第五支管与第五循环管路的连接处装配有第十二三通阀，第六支管与第二循环管路的连接处装配有第十三三通阀，第六支管与第五循环管路的连接处装配有第十四三通阀，第四换热器通过第七支管与第五支管相连接，第七支管与第五支管的连接处装配有第十五三通阀，第四换热器通过第八支管与第六支管相连接，第八支管与第六支管的连接处装配有第十六三通阀，第八支管上还装配有第六水泵，第十一三通阀、第十二三通阀、第十三三通阀、第十四三通阀、第十五三通阀、第十六三通阀和第六水泵均与控制器连接并由控制器控制工作。
12.第一换热器、第二换热器、第三换热器和第四换热器为水箱式换热器，水箱式换热器内的流动介质为水，第一换热器、第二换热器和第三换热器内均装配有蒸发器或冷凝器，第四换热器内装配有换热盘管，第一换热器、第二换热器、第三换热器和第四换热器上均装
配有第三温度传感器，第一换热器、第二换热器、第三换热器和第四换热器上装配的第三温度传感器与控制器相连接，第三温度传感器能够把采集的数据实时传输给控制器。
13.第四换热器内还装配有加热器，加热器连接有蓄电池，蓄电池为加热器提供电力，加热器与控制器连接并由控制器控制工作，蓄电池与控制器连接并为控制器提供电力。
14.蓄电池与光伏集热器相连接，光伏集热器与蓄电池之间的连接线路上装配有mppt控制器，mppt控制器为最大功率点跟踪太阳能控制器，mppt控制器能够实时侦测光伏集热器内光伏电池板的发电电压，并追踪最高电压电流值，使光伏电池板以最大功率输出对蓄电池充电，蓄电池还连接有供电线路，蓄电池通过供电线路与系统内的用电装置相连接，蓄电池还通过线路与市电线路相连接，蓄电池与市电线路相连接的线路上依次装配有ac/dc双向逆变器和双向电度表，蓄电池内多余的电能能够被输送到市电线路内，当蓄电池内的电能不足不能为系统内的用电装置供电时，不足的部分电能由市电线路提供。
15.上述的地热盘管换热器、光伏集热器、第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器、第一循环管路、第二循环管路、第三循环管路、第四循环管路、控制器、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀、第一水泵、第二水泵、第一温度传感器、第二温度传感器、第五三通阀、第六三通阀、膨胀节流阀、第一换向阀、第二换向阀、压缩机、第七三通阀、第八三通阀、第一干度检测器、第二干度检测器、第三水泵、第一压力传感器、第一补水泵、第五循环管路、风机盘管、第九三通阀、第十三通阀、第四水泵、第五水泵、第二压力传感器、第二补水泵、第十一三通阀、第十二三通阀、第十三三通阀、第十四三通阀、第十五三通阀、第十六三通阀、第六水泵、第三温度传感器、加热器、蓄电池、mppt控制器、ac/dc双向逆变器和双向电度表均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。
16.本发明的工作原理：
17.本发明提供的光伏光热与地源热泵联合供能系统的工作原理如下所述：
18.工况一：冬季有光照，光伏热足以满足供暖需求。第二温度传感器检测到光伏集热器升温，控制器启动第二水泵，在第二水泵的作用下，7℃低温水由第六支管进入第二循环管路，经过第二循环管路的7℃低温水将光伏集热器产生的热量带走，第二温度传感器检测到水温上升至45℃并通过控制器的作用打开第十一三通阀，45℃的热水在第十一三通阀的作用下进入到第五支管。当有用热要求时，第一温度传感器检测到水温达到45℃后，在第十一三通阀和第十二三通阀的作用下，45℃的热水通过第五支管进入第五循环管路对风机盘管进行直接供暖。完成供暖后水温降低至35℃左右，然后在第五水泵和第十四三通阀的作用下通过第六支管引导回到第二循环管路，降温后的水通过第二循环管路与光伏集热器进行换热，水温上升至45℃，然后在第二水泵的作用下进入到下一个循环。在房间不需要供热的时候，光伏集热器产生的45℃热水可以在第十五三通阀的作用下通过第七支管向第四换热器进行蓄热，以备用户使用，完成蓄热后在第六水泵和第十六三通阀的作用下通过第八支管和第六支管引导回第二循环管路，降温后的水通过第二循环管路吸收光伏集热器的热量，水温上升至45℃，然后在第二水泵的作用下进入到下一个循环。在房间不需要供热且第四换热器内热量已经蓄满时，控制器控制第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀和第四三通阀打开，光伏集热器产生的45℃热水可以在第四三通阀的作用下通过第二支管向地热盘管换热器进行蓄热，完成蓄热后的水在第一水泵、第一三通阀和第二三通阀的作用下通过第一支管进入到第二循环管路，降温后的水通过第二循环管路吸收光伏集热器的热量，水温
上升至45℃，然后在第二水泵的作用下进入到下一个循环。系统内部缺水时第二压力传感器检测到压力低于设定值，控制器启动第二补水泵抽吸第二补水箱内的水进行补水；
19.工况二：冬季有光照，光伏热不足以满足供暖需求。第二温度传感器检测到光伏集热器升温，控制器控制第二水泵启动。在第二水泵的作用下，7℃的低温水通过第二循环管路将光伏光热集热器产生的热量带走，水温上升，在第十一三通阀的作用下通过第二循环管路进入第二换热器。此时，第三循环管路上启动热泵循环模式，第二换热器内蒸发器中的低温液态工质吸收第二换热器内水体热量进行蒸发，完成蒸发吸热后的低压气态工质通过第三循环管路进入压缩机，经压缩机升压后变成高压气态工质进入第三换热器内的冷凝器中，高压气态工质在第三换热器中冷凝器放热给第三换热器水体完成冷凝液化，完成冷凝液化的高压液态工质经膨胀节流阀后变为低压液态工质，控制器控制第五三通阀、第八三通阀和第七三通阀打开，低压液态工质在第五三通阀、第八三通阀和第七三通阀的作用下通过第三支管和第四支管进入到第三循环管路中，然后通过第三循环管路返回到第二换热器中的蒸发器继续进行蒸发吸热。此工况，第二换热器内蒸发器中的工质的温度为5℃，第三换热器内冷凝器中的工质的温度为60℃，第二换热器内水体温度经过吸热后降为7℃，第三换热器内水体温度由20℃升为50℃。当第二干度检测器检测到第二换热器中蒸发器内的工质未完全蒸发，同步启动第一循环管路为系统进行补热，控制器控制第一水泵采用低功率的方式使第一循环管路中的水低速流动，在第一水泵的作用下7℃的低温水通过第一循环管路进入地热盘管换热器，与大地土壤完成换热后温度上升到15℃左右，再经第一循环管路进入第一换热器。此时，控制器控制第八三通阀关闭，第一换热器内蒸发器中低温液态工质吸收第一换热器水体热量进行蒸发，第一干度检测器检测到第一换热器中蒸发器内的工质未完全蒸发，没有完全蒸发的液态工质通过第三循环管路进入第二换热器中的蒸发器继续吸热，此时第二干度检测器检测到第二换热器内的工质已经完全蒸发，如果第二换热器内的工质还未完全蒸发则加大第一水泵的功率，使第一循环管路中的水加速流动，完成蒸发吸热后的低压气态工质通过第三循环管路进入压缩机，经压缩机升压后变成高压气态工质进入第三换热器内的冷凝器中，高压气态工质在第三换热器内的冷凝器放热给第三换热器水体完成冷凝液化，完成冷凝液化的高压液态工质经膨胀节流阀后变为低压液态工质后通过第三循环管路返回第一换热器内的蒸发器中继续进行蒸发吸热。此工况，第一换热器内蒸发器中工质的温度为5℃，第二换热器内蒸发器中工质的温度为10℃，第三换热器内冷凝器中的工质的温度为60℃，第一换热器和第二换热器内水体温度经过吸热后降为7℃，第三换热器内水体温度由20℃升为50℃。第三换热器内储存的热量在第三水泵的作用下通过第四循环管路向第四换热器进行蓄热。当有用热要求，第三温度传感器检测到第四换热器中的水温达到45℃左右后，在第四水泵的作用下通过第五循环管路进入风机盘管向室内进行供暖。完成供暖后水温降低至35℃左右，后由第五水泵引导回到第四换热器进入下一个循环。与此同时，第三温度传感器检测到第一换热器和第二换热器内的水温下降至7℃左右。第一换热器内降温的水通过第一循环管路与地热盘管换热器进行换热，水温上升，然后在第一水泵的作用下进入到下一个循环。第二换热器内降温后的水通过第二循环管路与光伏集热器进行换热，水温上升，然后在第二水泵作用下进入到下一个循环。在房间不需要供热的时候，第三换热器产生的50℃热水在第三水泵的作用下通过第四循环管路向第四换热器进行蓄热，以备用户使用。在房间不需要供热且第四换热器内热量已经蓄满时，控制器控
制第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀和第四三通阀打开，光伏集热器产生的热水可以在第四三通阀的作用下通过第二支管向地热盘管换热器进行储热，完成储热后在第一水泵、第一三通阀和第二三通阀的作用下通过第一支管进入第二循环管路，降温后的水通过第二循环管路与光伏集热器进行换热，水温上升，然后在第二水泵下进入到下一个循环。第三温度传感器检测到第四换热器内的水温未达预设的45℃值时，控制器指令蓄电池向加热器供电对第四换热器进行补热，若仍未满足供热要求，则引入市电线路经双向电度表和ac/dc双向逆变器向加热器提供电力进行加热，使第四换热器内水温达到预设值45℃。第三换热器内部缺水时第一压力传感器检测到压力低于设定值，控制器启动第一补水泵抽吸第一补水箱内的水进行补水；系统内部缺水时第二压力传感器检测到压力低于设定值，控制器启动第二补水泵抽吸第二补水箱内的水进行补水；
20.工况三：冬季无光照。第二温度传感器未检测到光伏集热器升温，第二循环管路停止运行。在第一水泵的作用下，7℃低温水由第一循环管路进入地热盘管换热器，与大地土壤完成换热后温度上升到15℃左右，再经第一循环管路进入第一换热器。此时第三循环管路上启动热泵循环模式，控制器控制第六三通阀、第七三通阀和第八三通阀打开，第一换热器内蒸发器中的低温液态工质吸收第一换热器内水体热量完成蒸发过程，此时第一干度检测器检测到第一换热器内蒸发器中的工质已经完全蒸发，如果第一换热器内蒸发器中的工质还未完全蒸发则加大第一水泵的功率，使第一循环管路中的水加速流动，蒸发吸热后的低压气态工质在第六三通阀、第七三通阀和第八三通阀的作用下通过第四支管、第三支管和第三循环管路进入压缩机，经压缩机升压后变成高压气态工质进入第三换热器内的冷凝器中，高压气态工质在第三换热器内冷凝器中放热给第三换热器水体完成冷凝液化，完成冷凝液化的高压液态工质经膨胀节流阀后变为低压液态工质通过第三循环管路返回第一换热器内的蒸发器中继续进行蒸发吸热。此工况，第一换热器内蒸发器中工质的温度为5℃，第三换热器内冷凝器中工质的温度为60℃，第一换热器内水体温度由15℃降为7℃，第三换热器内水体温度由20℃升为50℃。第三换热器中储存的热量在第三水泵的作用下通过第四循环管路向第四换热器进行蓄热。当有用热要求，第三温度传感器检测到第四换热器中的水温达到45℃左右后，在第四水泵的作用下通过第五循环管路进入风机盘管对室内供暖。完成供暖后水温降低至35℃左右，后由第五水泵引导回到第四换热器进入下一个循环。与此同时，第三温度传感器检测到第一换热器内的水温下降至7℃左右。第一换热器内降温的水通过第一循环管路与地热盘管换热器进行换热，水温上升。然后在第一水泵的作用下进入到下一个循环。在房间不需要供热的时候，第三换热器产生的50℃热水在第三水泵的作用下通过第四循环管路向第四换热器进行蓄热，以备用户使用。第三温度传感器检测到第四换热器内的水温未达预设的45℃值时，控制器指令蓄电池向加热器供电对第四换热器进行补热，若仍未满足供热要求，则引入市电线路经双向电度表和ac/dc双向逆变器向加热器提供电力进行加热，使第四换热器内水温达到预设值45℃。第三换热器内部缺水时第一压力传感器检测到压力低于设定值，控制器启动第一补水泵抽吸第一补水箱内的水进行补水；系统内部缺水时第二压力传感器检测到压力低于设定值，控制器启动第二补水泵抽吸第二补水箱内的水进行补水；
21.工况四：夏季工况，第二温度传感器未检测到光伏集热器升温，第二循环管路停止运行。当第二温度传感器检测光伏集热器升温，控制器控制第一水泵、第二水泵、第一三通
阀、第二三通阀、第三三通阀和第四三通阀打开。在第一水泵、第二水泵、第一三通阀和第二三通阀的作用下地热盘管换热器中15℃冷水通过第一循环管路和第一支管进入到第三循环管路中，15℃冷水通过第三循环管路进入光伏集热器吸热，与光伏集热器完成换热后温度上升至45℃左右，在第四三通阀的作用下通过第二支管向地热盘管换热器进行储热，完成储热后水温降低，然后由第一水泵引导通过第一循环管路和第一支路回到第三循环管路，降温后的水通过第三循环管路吸收光伏集热器的热量，水温上升至45℃，然后在第二水泵下进入到下一个循环。同时启动第一循环管路，在第一水泵的作用下，30℃的热水通过第一循环管路进入地热盘管换热器，与大地土壤完成换热后温度降低到20℃左右，再经第一循环管路进入第一换热器。此时，第三循环管路上启动制冷循环模式，控制器控制第一换向阀、第二换向阀、第六三通阀、第七三通阀和第八三通阀打开，在第一换向阀和第二换向阀的作用下，热泵循环中的工质逆向流动，从而使第一换热器内蒸发器和第三换热器内冷凝器的作用互换，第三换热器内蒸发器中的低温液态工质吸收第三换热器内水体热量完成蒸发过程，蒸发吸热后的低压气态工质在第一换向阀和第二换向阀的作用下通过旁通管进入压缩机，经压缩机升压后变成高压气态工质在第一换向阀、第二换向阀、第六三通阀、第七三通阀和第八三通阀的作用下通过旁通管、第五循环管路、第三支管和第四支管进入第一换热器内的冷凝器中，高压气态工质在第一换热器内冷凝器中放热给第一换热器水体完成冷凝液化，完成冷凝液化的高压液态工质通过第三循环管路进入膨胀节流阀，在膨胀节流阀的作用下变为低压液态工质返回第三换热器内蒸发器中继续进行蒸发吸热。此工况，第三换热器内蒸发器中工质的温度为5℃，第一换热器内冷凝器中的工质的温度为60℃，第三换热器内水体温度由20℃降为7℃，第一换热器内水体温度由25℃升为45℃。第三换热器内储存的冷水在第三水泵的作用下通过第四循环管路向第四换热器进行蓄冷，当有用冷需求，第三温度传感器检测到第四换热器中的水温达到7℃左右后，在第四水泵的作用下通过第五循环管路进入风机盘管对室内进行供冷。完成供冷后水温升高至20℃左右，后由第五水泵引导回到第四换热器中进入下一个循环。与此同时，第三温度传感器检测到第一换热器内的水温上升至45℃左右。第一换热器内升温的水通过第一循环管路与地热盘管换热器进行换热，水温降低。然后在第一水泵的作用下进入到下一个循环。在房间不需要供冷的时候，第三换热器产生的7℃冷水在第三水泵的作用下通过第四循环管路向第四换热器进行蓄冷，以备用户使用。第三换热器内部缺水时第一压力传感器检测到压力低于设定值，控制器启动第一补水泵抽吸第一补水箱内的水进行补水；系统内部缺水时第二压力传感器检测到压力低于设定值，控制器启动第二补水泵抽吸第二补水箱内的水进行补水；
22.蓄电供电单元，联入市电线路网络，对光伏集热器产生的电能进行充分利用调动。当地热与太阳能供能充足满足室内供热需求时，光伏光热集热单元所产生电能经mppt控制器存入蓄电池，当系统内第四换热器水温达不到45℃的预设温度时，蓄电池对第四换热器内的加热器直接供电，进行补热以满足系统要求；也可通过ac/dc双向逆变器转换为220v交流电接入系统，对系统中用电设备进行供电，多余电量可作为室内用电负载用电，或者通过双向电度表联入市电线路网络。系统内用电不足时，还可通过双向电度表调用市电线路内的电能用于系统。
23.本发明的有益效果：
24.本发明提供的光伏光热与地源热泵联合供能系统利用光伏集热器实现供暖产电
的同时，能够将多余的热量收集起来用于供暖和提高地热温度。通过有效的控制策略和合理调控系统的运行方式，本系统能够保持太阳能和地热能的高效利用，并降低能耗。光伏电池的温度始终保持在最佳工作范围内，多余的电量存入蓄电池，并通过ac/dc双向逆变器并入市电线路，在系统供热不足时进行辅助加热，必要时能够调用市电对系统补热，能够最大程度利用太阳能产生的热和电用于供热。地热能作为储能换热装置，在系统供热不足时进行辅助补热，在系统热源充足时存储多余热量，且在夏季有制冷需求时也能够与系统充分换热。该系统充分利用地热能和太阳能两种清洁能源，能够有效解决单一地源热泵长期供能引起土壤热失衡和传统地源热泵系统效能低的问题，具有广阔的应用前景。
附图说明
25.图1为本发明所述的光伏光热与地源热泵联合供能系统整体结构示意图。
26.图2为本发明所述的供能系统工作原理中工况一原理示意图。
27.图3为本发明所述的供能系统工作原理中工况二原理示意图。
28.图4为本发明所述的供能系统工作原理中工况三原理示意图。
29.图5为本发明所述的供能系统工作原理中工况四原理示意图。
30.上图中的标注如下：
31.1、地热盘管换热器2、光伏集热器3、第一换热器4、第二换热器
32.5、第三换热器6、第四换热器7、第一循环管路8、第二循环管路
33.9、第三循环管路10、第四循环管路11、控制器12、第一支管
34.13、第二支管14、第一三通阀15、第二三通阀16、第三三通阀
35.17、第四三通阀18、第一水泵19、第二水泵20、第一温度传感器
36.21、第二温度传感器22、第三支管23、第五三通阀24、第六三通阀
37.25、膨胀节流阀26、第一换向阀27、第二换向阀28、压缩机
38.29、第四支管30、第七三通阀31、第八三通阀32、第一干度检测器
39.33、第二干度检测器34、第三水泵35、第一补水箱36、第一压力传感器
40.37、第一补水泵38、第五循环管路39、风机盘管40、第九三通阀
41.41、第十三通阀42、第四水泵43、第五水泵44、第二补水箱
42.45、第二压力传感器46、第二补水泵47、第五支管48、第六支管
43.49、第十一三通阀50、第十二三通阀51、第十三三通阀52、第十四三通阀
44.53、第七支管54、第十五三通阀55、第八支管56、第十六三通阀
45.57、第六水泵58、第三温度传感器59、加热器60、蓄电池
46.61、mppt控制器62、ac/dc双向逆变器63、双向电度表。
具体实施方式
47.请参阅图1至图5所示：
48.本发明提供的光伏光热与地源热泵联合供能系统包括有地热盘管换热器1、光伏集热器2、第一换热器3、第二换热器4、第三换热器5、第四换热器6、第一循环管路7、第二循环管路8、第三循环管路9、第四循环管路10和控制器11，其中第一换热器3通过第一循环管路7与地热盘管换热器1相连通，第二换热器4通过第二循环管路8与光伏集热器2相连通，第
一换热器3、第二换热器4和第三换热器5通过第三循环管路9相串联，第三换热器8和第四换热器6通过第四循环管路10相连通，控制器11分别与第一循环管路7、第二循环管路8、第三循环管路9和第四循环管路10上装配的控制阀与水泵相连接并控制控制阀与水泵的工作。
49.第一循环管路7和第二循环管路8之间还连接有第一支管12和第二支管13，第一支管12与第一循环管路7的连接处装配有第一三通阀14，第一支管12与第二循环管路8的连接处装配有第二三通阀15，第二支管13与第一循环管路7的连接处装配有第三三通阀16，第二支管13与第二循环管路8的连接处装配有第四三通阀17，第一三通阀14与地热盘管换热器1之间的第一循环管路7上装配有第一水泵18，第四三通阀17与光伏集热器2之间的第二循环管路8上装配有第二水泵19，第四三通阀17后部的第二循环管路8上装配有第一温度传感器20，光伏集热器2上装配有第二温度传感器21，第一温度传感器20和第二温度传感器21与控制器11相连接，第一温度传感器20和第二温度传感器21能够把采集的数据实时传输给控制器11，第一三通阀14、第二三通阀15、第三三通阀16、第四三通阀17、第一水泵18和第二水泵19均与控制器11相连接并由控制器11控制工作。
50.第三循环管路9上相串联的第一换热器3和第二换热器4两端的第三循环管路9上连接有第三支管22，第三支管22的上下两端与第三循环管路9的连接处分别装配有第五三通阀23和第六三通阀24，第五三通阀23与第三换热器5之间的第三循环管路9上装配有膨胀节流阀25，第六三通阀24和第三换热器5之间的第三循环管路9上连接有并联的两条旁通管，两条旁通管的两端与第三循环管路9的连接处分别装配有第一换向阀26和第二换向阀27，第一换向阀26和第二换向阀27之间的第三循环管路9上装配有压缩机28，第三支管22与第一换热器3和第二换热器4中间的第三循环管路9之间装配有第四支管29，第四支管29的两端与第三循环管路9和第三支管22的连接处分别装配有第七三通阀30和第八三通阀31，第一换热器3和第七三通阀30之间的第三循环管路9上装配有第一干度检测器32，第二换热器4与第六三通阀24之间的第三循环管路9上装配有第二干度检测器33，第一干度检测器32和第二干度检测器33均与控制器11相连接，第一干度检测器32和第二干度检测器33能够把采集的数据实时传输给控制器11，控制器11分别与第五三通阀23、第六三通阀24、膨胀节流阀25、第一换向阀26、第二换向阀27、压缩机28、第七三通阀30和第八三通阀31相连接，控制器11控制第五三通阀23、第六三通阀24、膨胀节流阀25、第一换向阀26、第二换向阀27、压缩机28、第七三通阀30和第八三通阀31的工作。
51.第四循环管路10上装配有第三水泵34，第四循环管路10通过传输管连接有第一补水箱35，第一补水箱35与第四循环管路10之间的传输管上装配有第一压力传感器36和第一补水泵37，第一压力传感器36与控制器11相连接，第一压力传感器36能够把采集的数据实时传输给控制器11，控制器11分别与第三水泵34和第一补水泵37相连接并控制第三水泵34和第一补水泵37的工作。
52.第四换热器6上还连接有第五循环管路38，第五循环管路38上通过旁通管装配有两个相并联的风机盘管39，第五循环管路38与两条旁通管两端的连接处分别装配有第九三通阀40和第十三通阀41，第九三通阀40和第四换热器6之间的第五循环管路38上装配有第四水泵42，第十三通阀41和第四换热器6之间的第五循环管路38上装配有第五水泵43，第五循环管路38通过传输管连接有第二补水箱44，第二补水箱44与第五循环管路38之间的传输管上装配有第二压力传感器45和第二补水泵46，第二压力传感器45与控制器11相连接，第
二压力传感器45能够把采集的数据实时传输给控制器11，控制器11分别与第九三通阀40、第十三通阀41、第四水泵42、第五水泵43和第二补水泵46相连接并控制第九三通阀40、第十三通阀41、第四水泵42、第五水泵43和第二补水泵46的工作。
53.第二循环管路8分别通过第五支管47和第六支管48与第五循环管路38相连接，第五支管47与第二循环管路8的连接处装配有第十一三通阀49，第五支管47与第五循环管路38的连接处装配有第十二三通阀50，第六支管48与第二循环管路8的连接处装配有第十三三通阀51，第六支管48与第五循环管路38的连接处装配有第十四三通阀52，第四换热器6通过第七支管53与第五支管47相连接，第七支管53与第五支管47的连接处装配有第十五三通阀54，第四换热器6通过第八支管55与第六支管48相连接，第八支管55与第六支管48的连接处装配有第十六三通阀56，第八支管55上还装配有第六水泵57，第十一三通阀49、第十二三通阀50、第十三三通阀51、第十四三通阀52、第十五三通阀54、第十六三通阀56和第六水泵57均与控制器11连接并由控制器11控制工作。
54.第一换热器3、第二换热器4、第三换热器5和第四换热器6为水箱式换热器，水箱式换热器内的流动介质为水，第一换热器3、第二换热器4和第三换热器5内均装配有蒸发器或冷凝器，第四换热器6内装配有换热盘管，第一换热器3、第二换热器4、第三换热器5和第四换热器6上均装配有第三温度传感器58，第一换热器3、第二换热器4、第三换热器5和第四换热器6上装配的第三温度传感器58与控制器11相连接，第三温度传感器58能够把采集的数据实时传输给控制器11。
55.第四换热器6内还装配有加热器59，加热器59连接有蓄电池60，蓄电池60为加热器59提供电力，加热器59与控制器11连接并由控制器11控制工作，蓄电池60与控制器11连接并为控制器11提供电力。
56.蓄电池60与光伏集热器2相连接，光伏集热器2与蓄电池60之间的连接线路上装配有mppt控制器61，mppt控制器61为最大功率点跟踪太阳能控制器，mppt控制器61能够实时侦测光伏集热器2内光伏电池板的发电电压，并追踪最高电压电流值，使光伏电池板以最大功率输出对蓄电池60充电，蓄电池60还连接有供电线路，蓄电池60通过供电线路与系统内的用电装置相连接，蓄电池60还通过线路与市电线路相连接，蓄电池60与市电线路相连接的线路上依次装配有ac/dc双向逆变器62和双向电度表63，蓄电池60内多余的电能能够被输送到市电线路内，当蓄电池60内的电能不足不能为系统内的用电装置供电时，不足的部分电能由市电线路提供。
57.上述的地热盘管换热器1、光伏集热器2、第一换热器3、第二换热器4、第三换热器5、第四换热器6、第一循环管路7、第二循环管路8、第三循环管路9、第四循环管路10、控制器11、第一三通阀14、第二三通阀15、第三三通阀16、第四三通阀17、第一水泵18、第二水泵19、第一温度传感器20、第二温度传感器21、第五三通阀23、第六三通阀24、膨胀节流阀25、第一换向阀26、第二换向阀27、压缩机28、第七三通阀30、第八三通阀31、第一干度检测器32、第二干度检测器33、第三水泵34、第一压力传感器36、第一补水泵37、第五循环管路38、风机盘管39、第九三通阀40、第十三通阀41、第四水泵42、第五水泵43、第二压力传感器45、第二补水泵46、第十一三通阀49、第十二三通阀50、第十三三通阀51、第十四三通阀52、第十五三通阀54、第十六三通阀56、第六水泵57、第三温度传感器58、加热器59、蓄电池60、mppt控制器61、ac/dc双向逆变器62和双向电度表63均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有
进行赘述。
58.本发明的工作原理：
59.本发明提供的光伏光热与地源热泵联合供能系统利用光伏集热器工作原理如下所述：
60.工况一：如图2所示，图2中的箭头方向代表本工况流动介质的循环方向，冬季有光照，光伏热足以满足供暖需求。第二温度传感器21检测到光伏集热器2升温，控制器11启动第二水泵19，在第二水泵19的作用下，7℃低温水由第六支管48进入第二循环管路8，经过第二循环管路8的7℃低温水将光伏集热器2产生的热量带走，第二温度传感器21检测到水温上升至45℃并通过控制器11的作用打开第十一三通阀49，45℃的热水在第十一三通阀49的作用下进入到第五支管47。当有用热要求时，第一温度传感器20检测到水温达到45℃后，在第十一三通阀49和第十二三通阀50的作用下，45℃的热水通过第五支管47进入第五循环管路38对风机盘管39进行直接供暖。完成供暖后水温降低至35℃左右，然后在第五水泵43和第十四三通阀52的作用下通过第六支管48引导回到第二循环管路8，降温后的水通过第二循环管路8与光伏集热器2进行换热，水温上升至45℃，然后在第二水泵19的作用下进入到下一个循环。在房间不需要供热的时候，光伏集热器2产生的45℃热水可以在第十五三通阀54的作用下通过第七支管53向第四换热器6进行蓄热，以备用户使用，完成蓄热后在第六水泵57和第十六三通阀56的作用下通过第八支管55和第六支管48引导回第二循环管路8，降温后的水通过第二循环管路8吸收光伏集热器2的热量，水温上升至45℃，然后在第二水泵19的作用下进入到下一个循环。在房间不需要供热且第四换热器6内热量已经蓄满时，控制器11控制第一三通阀14、第二三通阀15、第三三通阀16和第四三通阀17打开，光伏集热器2产生的45℃热水可以在第四三通阀17的作用下通过第二支管13向地热盘管换热器1进行蓄热，完成蓄热后的水在第一水泵18、第一三通阀14和第二三通阀15的作用下通过第一支管12进入到第二循环管路8，降温后的水通过第二循环管路8吸收光伏集热器2的热量，水温上升至45℃，然后在第二水泵19的作用下进入到下一个循环。系统内部缺水时第二压力传感器45检测到压力低于设定值，控制器11启动第二补水泵46抽吸第二补水箱内44的水进行补水；
61.工况二：如图3所示，图3中的箭头方向代表本工况流动介质的循环方向，冬季有光照，光伏热不足以满足供暖需求。第二温度传感器21检测到光伏集热器2升温，控制器11控制第二水泵19启动。在第二水泵19的作用下，7℃的低温水通过第二循环管路8将光伏光热集热器2产生的热量带走，水温上升，在第十一三通阀49的作用下通过第二循环管路8进入第二换热器4。此时，第三循环管路9上启动热泵循环模式，第二换热器4内蒸发器中的低温液态工质吸收第二换热器4内水体热量进行蒸发，完成蒸发吸热后的低压气态工质通过第三循环管路9进入压缩机28，经压缩机28升压后变成高压气态工质进入第三换热器内5的冷凝器中，高压气态工质在第三换热器5中冷凝器放热给第三换热器5水体完成冷凝液化，完成冷凝液化的高压液态工质经膨胀节流阀25后变为低压液态工质，控制器11控制第五三通阀23、第八三通阀31和第七三通阀30打开，低压液态工质在第五三通阀23、第八三通阀31和第七三通阀30的作用下通过第三支管22和第四支管29进入到第三循环管路9中，然后通过第三循环管路9返回到第二换热器4中的蒸发器继续进行蒸发吸热。此工况，第二换热器内4蒸发器中的工质的温度为5℃，第三换热器5内冷凝器中的工质的温度为60℃，第二换热器4
内水体温度经过吸热后降为7℃，第三换热器5内水体温度由20℃升为50℃。当第二干度检测器33检测到第二换热器4中蒸发器内的工质未完全蒸发，同步启动第一循环管路7为系统进行补热，控制器11控制第一水泵18采用低功率的方式使第一循环管路7中的水低速流动，在第一水泵18的作用下7℃的低温水通过第一循环管路7进入地热盘管换热器1，与大地土壤完成换热后温度上升到15℃左右，再经第一循环管路7进入第一换热器3。此时，控制器11控制第八三通阀31关闭，第一换热器3内蒸发器中低温液态工质吸收第一换热器3水体热量进行蒸发，第一干度检测器32检测到第一换热器3中蒸发器内的工质未完全蒸发，没有完全蒸发的液态工质通过第三循环管路9进入第二换热器4中的蒸发器继续吸热，此时第二干度检测器33检测到第二换热器4内的工质已经完全蒸发，如果第二换热器4内的工质还未完全蒸发则加大第一水泵18的功率，使第一循环管路7中的水加速流动，完成蒸发吸热后的低压气态工质通过第三循环管路9进入压缩机28，经压缩机28升压后变成高压气态工质进入第三换热器5内的冷凝器中，高压气态工质在第三换热器5内的冷凝器放热给第三换热器5水体完成冷凝液化，完成冷凝液化的高压液态工质经膨胀节流阀25后变为低压液态工质后通过第三循环管路9返回第一换热器3内的蒸发器中继续进行蒸发吸热。此工况，第一换热器3内蒸发器中工质的温度为5℃，第二换热器4内蒸发器中工质的温度为10℃，第三换热器5内冷凝器中的工质的温度为60℃，第一换热器3和第二换热器4内水体温度经过吸热后降为7℃，第三换热器5内水体温度由20℃升为50℃。第三换热器5内储存的热量在第三水泵34的作用下通过第四循环管路10向第四换热器6进行蓄热。当有用热要求，第三温度传感器58检测到第四换热器6中的水温达到45℃左右后，在第四水泵42的作用下通过第五循环管路38进入风机盘管39向室内进行供暖。完成供暖后水温降低至35℃左右，后由第五水泵43引导回到第四换热器6进入下一个循环。与此同时，第三温度传感器58检测到第一换热器3和第二换热器4内的水温下降至7℃左右。第一换热器3内降温的水通过第一循环管路7与地热盘管换热器1进行换热，水温上升，然后在第一水泵18的作用下进入到下一个循环。第二换热器4内降温后的水通过第二循环管路8与光伏集热器2进行换热，水温上升，然后在第二水泵19作用下进入到下一个循环。在房间不需要供热的时候，第三换热器5产生的50℃热水在第三水泵34的作用下通过第四循环管路10向第四换热器6进行蓄热，以备用户使用。在房间不需要供热且第四换热器6内热量已经蓄满时，控制器11控制第一三通阀14、第二三通阀15、第三三通阀16和第四三通阀17打开，光伏集热器2产生的热水可以在第四三通阀17的作用下通过第二支管13向地热盘管换热器1进行储热，完成储热后在第一水泵18、第一三通阀14和第二三通阀15的作用下通过第一支管12进入第二循环管路8，降温后的水通过第二循环管路8与光伏集热器2进行换热，水温上升，然后在第二水泵19下进入到下一个循环。第三温度传感器58检测到第四换热器6内的水温未达预设的45℃值时，控制器11指令蓄电池60向加热器59供电对第四换热器6进行补热，若仍未满足供热要求，则引入市电线路经双向电度表63和ac/dc双向逆变器62向加热器59提供电力进行加热，使第四换热器6内水温达到预设值45℃。第三换热器5内部缺水时第一压力传感器36检测到压力低于设定值，控制器11启动第一补水泵37抽吸第一补水箱35内的水进行补水；系统内部缺水时第二压力传感器45检测到压力低于设定值，控制器11启动第二补水泵46抽吸第二补水箱44内的水进行补水；
62.工况三：如图4所示，图4中的箭头方向代表本工况流动介质的循环方向，冬季无光照。第二温度传感器21未检测到光伏集热器2升温，第二循环管路8停止运行。在第一水泵18
的作用下，7℃低温水由第一循环管路7进入地热盘管换热器1，与大地土壤完成换热后温度上升到15℃左右，再经第一循环管路7进入第一换热器3。此时第三循环管路9上启动热泵循环模式，控制器11控制第六三通阀24、第七三通阀30和第八三通阀31打开，第一换热器3内蒸发器中的低温液态工质吸收第一换热器3内水体热量完成蒸发过程，此时第一干度检测器32检测到第一换热器3内蒸发器中的工质已经完全蒸发，如果第一换热器3内蒸发器中的工质还未完全蒸发则加大第一水泵18的功率，使第一循环管路7中的水加速流动，蒸发吸热后的低压气态工质在第六三通阀24、第七三通阀30和第八三通阀31的作用下通过第四支管29、第三支管22和第三循环管路9进入压缩机28，经压缩机28升压后变成高压气态工质进入第三换热器5内的冷凝器中，高压气态工质在第三换热器5内冷凝器中放热给第三换热器5水体完成冷凝液化，完成冷凝液化的高压液态工质经膨胀节流阀25后变为低压液态工质通过第三循环管路9返回第一换热器3内的蒸发器中继续进行蒸发吸热。此工况，第一换热器3内蒸发器中工质的温度为5℃，第三换热器5内冷凝器中工质的温度为60℃，第一换热器3内水体温度由15℃降为7℃，第三换热器5内水体温度由20℃升为50℃。第三换热器5中储存的热量在第三水泵34的作用下通过第四循环管路10向第四换热器6进行蓄热。当有用热要求，第三温度传感器58检测到第四换热器6中的水温达到45℃左右后，在第四水泵42的作用下通过第五循环管路38进入风机盘管39对室内供暖。完成供暖后水温降低至35℃左右，后由第五水泵43引导回到第四换热器6进入下一个循环。与此同时，第三温度传感器58检测到第一换热器3内的水温下降至7℃左右。第一换热器3内降温的水通过第一循环管路7与地热盘管换热器1进行换热，水温上升。然后在第一水泵18的作用下进入到下一个循环。在房间不需要供热的时候，第三换热器5产生的50℃热水在第三水泵34的作用下通过第四循环管路10向第四换热器6进行蓄热，以备用户使用。第三温度传感器58检测到第四换热器6内的水温未达预设的45℃值时，控制器11指令蓄电池60向加热器59供电对第四换热器6进行补热，若仍未满足供热要求，则引入市电线路经双向电度表63和ac/dc双向逆变器62向加热器59提供电力进行加热，使第四换热器6内水温达到预设值45℃。第三换热器5内部缺水时第一压力传感器36检测到压力低于设定值，控制器11启动第一补水泵37抽吸第一补水箱35内的水进行补水；系统内部缺水时第二压力传感器45检测到压力低于设定值，控制器11启动第二补水泵46抽吸第二补水箱内44的水进行补水；
63.工况四：如图5所示，图5中的箭头方向代表本工况流动介质的循环方向，夏季工况，第二温度传感器21未检测到光伏集热器2升温，第二循环管路8停止运行。当第二温度传感器21检测光伏集热器2升温，控制器11控制第一水泵18、第二水泵19、第一三通阀14、第二三通阀15、第三三通阀16和第四三通阀17打开。在第一水泵18、第二水泵19、第一三通阀14和第二三通阀15的作用下地热盘管换热器1中15℃冷水通过第一循环管路7和第一支管12进入到第三循环管路9中，15℃冷水通过第三循环管路9进入光伏集热器2吸热，与光伏集热器2完成换热后温度上升至45℃左右，在第四三通阀17的作用下通过第二支管13向地热盘管换热器1进行储热，完成储热后水温降低，然后由第一水泵18引导通过第一循环管路7和第一支路12回到第三循环管路9，降温后的水通过第三循环管路9吸收光伏集热器2的热量，水温上升至45℃，然后在第二水泵19下进入到下一个循环。同时启动第一循环管路7，在第一水泵18的作用下，30℃的热水通过第一循环管路7进入地热盘管换热器1，与大地土壤完成换热后温度降低到20℃左右，再经第一循环管路7进入第一换热器3。此时，第三循环管路
9上启动制冷循环模式，控制器11控制第一换向阀26、第二换向阀27、第六三通阀24、第七三通阀30和第八三通阀31打开，在第一换向阀26和第二换向阀27的作用下，热泵循环中的工质逆向流动，从而使第一换热器3内蒸发器和第三换热器5内冷凝器的作用互换，第三换热器5内蒸发器中的低温液态工质吸收第三换热器5内水体热量完成蒸发过程，蒸发吸热后的低压气态工质在第一换向阀26和第二换向阀27的作用下通过旁通管进入压缩机28，经压缩机28升压后变成高压气态工质在第一换向阀26、第二换向阀27、第六三通阀24、第七三通阀30和第八三通阀31的作用下通过旁通管、第五循环管路38、第三支管22和第四支管29进入第一换热器3内的冷凝器中，高压气态工质在第一换热器3内冷凝器中放热给第一换热器3水体完成冷凝液化，完成冷凝液化的高压液态工质通过第三循环管路9进入膨胀节流阀25，在膨胀节流阀25的作用下变为低压液态工质返回第三换热器5内蒸发器中继续进行蒸发吸热。此工况，第三换热器5内蒸发器中工质的温度为5℃，第一换热器3内冷凝器中的工质的温度为60℃，第三换热器5内水体温度由20℃降为7℃，第一换热器3内水体温度由25℃升为45℃。第三换热器5内储存的冷水在第三水泵34的作用下通过第四循环管路10向第四换热器6进行蓄冷，当有用冷需求，第三温度传感器38检测到第四换热器6中的水温达到7℃左右后，在第四水泵42的作用下通过第五循环管路38进入风机盘管39对室内进行供冷。完成供冷后水温升高至20℃左右，后由第五水泵43引导回到第四换热器6中进入下一个循环。与此同时，第三温度传感器38检测到第一换热器3内的水温上升至45℃左右。第一换热器3内升温的水通过第一循环管路7与地热盘管换热器1进行换热，水温降低。然后在第一水泵18的作用下进入到下一个循环。在房间不需要供冷的时候，第三换热器5产生的7℃冷水在第三水泵34的作用下通过第四循环管路10向第四换热器6进行蓄冷，以备用户使用。第三换热器5内部缺水时第一压力传感器36检测到压力低于设定值，控制器11启动第一补水泵37抽吸第一补水箱35内的水进行补水；系统内部缺水时第二压力传感器45检测到压力低于设定值，控制器11启动第二补水泵46抽吸第二补水箱44内的水进行补水；
64.蓄电供电单元，联入市电线路网络，对光伏集热器2产生的电能进行充分利用调动。当地热与太阳能供能充足满足室内供热需求时，光伏集热器2所产生电能经mppt控制器61存入蓄电池60，当系统内第四换热器6水温达不到45℃的预设温度时，蓄电池60对第四换热器6内的加热器59直接供电，进行补热以满足系统要求；也可通过ac/dc双向逆变器62转换为220v交流电接入系统，对系统中用电设备进行供电，多余电量可作为室内用电负载用电，或者通过双向电度表63联入市电线路网络。系统内用电不足时，还可通过双向电度表63调用市电线路内的电能用于系统。
65.本发明提供的光伏光热与地源热泵联合供能系统利用光伏集热器实现供暖产电的同时，能够将多余的热量收集起来用于供暖和提高地热温度。通过有效的控制策略和合理调控系统的运行方式，本系统能够保持太阳能和地热能的高效利用，并降低能耗。光伏电池的温度始终保持在最佳工作范围内，多余的电量存入蓄电池60，并通过ac/dc双向逆变器62并入市电线路，在系统供热不足时进行辅助加热，必要时能够调用市电对系统补热，能够最大程度利用太阳能产生的热和电用于供热。地热能作为储能换热装置，在系统供热不足时进行辅助补热，在系统热源充足时存储多余热量，且在夏季有制冷需求时也能够与系统充分换热。该系统充分利用地热能和太阳能两种清洁能源，能够有效解决单一地源热泵长期供能引起土壤热失衡和传统地源热泵系统效能低的问题，具有广阔的应用前景。