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CN114556024A - 能量系统和方法以及包括其指令的数据载体 - Google Patents

能量系统和方法以及包括其指令的数据载体 Download PDF

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CN114556024A
CN114556024A CN202080072033.0A CN202080072033A CN114556024A CN 114556024 A CN114556024 A CN 114556024A CN 202080072033 A CN202080072033 A CN 202080072033A CN 114556024 A CN114556024 A CN 114556024A
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CN
China
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heat
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heat exchange
heat exchanger
conduit
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Application number
CN202080072033.0A
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尼克拉斯·约翰内斯·菲瑟
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Viridi Holding BV
Original Assignee
Viridi Holding BV
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Abstract

本发明涉及包括光伏面板的系统，光伏面板具有用于通过热交换流体从所述光伏面板和/或从环境吸收热量、连接至热泵的第一热交换器。系统还包括用于通过热交换流体吸收热量的第二热交换器和用于控制热交换流体通过第一热交换器和/或第二热交换器的流动的控制装置。热泵被布置成冷却热交换流体。系统具有以下操作模式：第一模式，在第一模式下，所冷却的热交换流体被供给到第一热交换器；以及第二模式，在第二模式下，所冷却的热交换流体被供给到第二热交换器，然后被供给到第一热交换器。

Description

能量系统和方法以及包括其指令的数据载体
本发明涉及系统。特别地，本发明涉及能量系统。
根据本发明的系统包括：
-至少一个光伏面板，其具有用于通过热交换流体从所述光伏面板和/或从环境吸收热量的至少一个第一热交换器，所述至少一个第一热交换器具有用于向至少一个第一热交换器供给热交换流体的入口和用于从至少一个第一热交换器排出热交换流体的出口；
-热泵，其具有连接至至少一个第一热交换器的出口、用于通过第一管道从至少一个第一热交换器的出口接收热交换流体的入口，以及连接至至少一个第一热交换器的入口、用于通过第二管道将热交换流体供给到至少一个第一热交换器的出口；
-第三管道，其将第二管道连接至用于通过热交换流体吸收热量的第二热交换器；
-控制装置，其用于控制热交换流体通过第一管道和/或第二管道和/或第三管道的流动，
其中，所述热泵被布置成从热交换流体中排出热量，从而冷却热交换流体，系统至少具有以下操作模式：
-第一模式，在第一模式下，所述冷却的热交换流体的至少一部分被通过第二管道供给到至少一个第一热交换器；以及
-第二模式，在第二模式下，所述冷却的热交换流体的至少一部分被通过所述第三管道供给到第二热交换器，然后被供给到至少一个第一热交换器的入口。
根据本发明，热泵被布置成从热交换流体排出热量，使得热交换流体在流过热泵时温度降低。特别地，热交换流体可以与热泵的蒸发器热交换接触，其中，在蒸发器中蒸发的流体在其蒸发过程中从热交换流体中排出热量。
在第一模式下，由热泵冷却的热交换流体被直接供给到至少一个第一热交换器，即不经过第二热交换器，并且可以冷却至少一个光伏面板，使得光伏面板的效率可以提高。
在第二模式下，被热泵冷却的热交换流体在被供给到第一热交换器之前首先经过第二热交换器。第二热交换器可以是被布置在建筑物中、建筑物处或建筑物附近的热交换器，并且可以用于例如通过具有第二热交换流体来冷却所述建筑物，该第二热交换流体被热交换流体冷却，并且由此能够例如通过空调系统来冷却建筑物。虽然热交换流体在第二热交换器中温度升高，但是仍可以足够冷以冷却至少一个光伏面板，使得光伏面板的效率可以提高。
申请人已经发现，根据本发明的所述系统出乎意料地能够通过具有冷却热交换流体的热泵，通过第二热交换器冷却建筑物以及冷却至少一个光伏面板。
应当注意，热泵被布置成排出热量，以便冷却热交换流体。因此，热泵可以与用作冷缓冲器的任何类型的冷体进行热交换。
应当注意，当建筑物的冷却是优选的时，所述系统可以在第二模式下操作，特别是在相对高的外部温度下操作。如果不需要对建筑物进行冷却，例如在较低的外部温度下，则系统可以在第一模式下操作。例如，在冬季，系统可以以第一模式操作。即使在相对低的外部温度下，热交换流体仍然能够通过第一热交换器从环境中吸收一些热量，热泵能够通过蒸发器吸收这些热量，并且这些热量可以用于加热所述建筑物或要供应到所述建筑物的自来水。在这种模式下，第一热交换器可以被看作热泵的热源。
系统可以在第一操作模式和第二操作模式之间切换。
应当注意，所述系统可以具有任何其他期望的操作模式，并且不限于如上所述的第一模式和/或第二模式。热泵，特别是其蒸发器，实际上能够将热交换流体冷却例如大约5℃。因此，为了能够以第二模式冷却建筑物，在第一热交换器和/或第二热交换器中热交换流体的温度不应升高太多。更特别地，对于相对温暖的日子，在热泵的紧下游并且在被供给到第二热交换器之前热交换流体的温度可以优选地在大约12℃至15℃之间，并且在热泵的紧上游热交换流体的温度可以优选地在大约17℃至20℃之间。对于相对凉爽的日子，这些温度可能较低。因此，本发明还涉及控制热交换流体的流动，使得可以满足这些或其他合适的温度要求。
根据本发明的一个方面，所述系统包括所述光伏面板中的至少两个光伏面板，每个光伏面板具有所述第一热交换器，所述第一热交换器具有所述入口和所述出口，并且其中，至少在系统的第二模式下，系统能够在第一配置和第二配置之间切换，在第一配置下，所述控制装置被布置成将热交换流体供给到所有的第一热交换器，在第二配置下，所述控制装置被布置成将热交换流体供给到第一热交换器中的一些而非全部第一热交换器。
通过在第二配置下将热交换流体供给到第一热交换器中的一些而非全部，可以限制热交换流体的温升，从而例如可以满足上述或其他温度要求。
可以例如以满足上述温差或其他温度要求的方式适当地选择被供给热交换的第一热交换器的数量和其余不被供给热交换的第一热交换器的数量。
应当注意，通过不将热交换流体供给到一些第一热交换器，不冷却其相应的光伏面板。虽然这可能降低光伏面板的效率，但是能够冷却建筑物和冷却其他光伏面板的优点可能超过该缺点。
还应当注意，在例如另一操作模式下，可以不将热交换流体供给到任何第一热交换器，即，在这种另一操作模式下，控制装置可以被布置成不将热交换流体供给到第一热交换器中的任何一个，即，所有第一热交换器都被绕过。
附加地或可替选地，所述系统可以包括将第二管道连接至第一管道的第一热交换器旁路管道和将第一热交换器旁路管道连接至第二管道和/或第一管道的至少一个可控三通阀。
第一热交换器旁路管道和至少一个可控三通阀使得流过第二管道的热交换流体能够被导向第二管道的其余部分、导向第一热交换器旁路管道，或导向前述二者。换句话说，在系统的该实施方式中，热交换流体的全部或一些可以绕过第一交换器，从而能够限制热交换流体的温升和/或能够满足上述或其他温度要求和/或能够出于任何其他期望的原因绕过第一热交换器。
第一热交换器旁路管道可以在任何期望的位置例如在第一热交换器的下游连接至第一管道。
第一热交换器旁路管道可以在任何期望的位置——例如在第二热交换器的下游并且在第一热交换器的上游，更具体地，例如在第一热交换器的紧上游——连接至第二管道，其中，在此“紧”可以理解为意指除了第一热交换器之外没有其他热交换器被绕过。作为可替选示例，第一热交换器旁路管道可以在第二热交换器和第一热交换器二者的上游连接至第二管道，使得第二热交换器也可以由第一热交换器旁路管道绕过。在该实施方式中，至少一个可控三通阀可以可操作地连接至控制装置，使得控制装置可以控制至少一个可控三通阀。
第一热交换器旁路管道可以与第一热交换器被布置在热泵的同一侧。第一热交换器旁路管道可以在热泵的没有其他有效部件诸如热交换器的那一侧形成回路。因此，流过第一热交换器旁路管道的流体的量可以适当地由例如三通阀控制。
代替完全绕过一个或更多个第一热交换器，控制装置可以被配置成在特定操作模式下通过替代地使更多的热交换流体流过第一热交换器旁路管道来减少流过一个或更多个第一热交换器的热交换流体的量。因此，控制装置可以被配置成将来自一个或更多个第一热交换器的热交换流体与来自第一热交换器旁路管道的热交换流体混合，以获得具有所需温度的热交换流体。为了实现所需的温度，控制装置可以被配置成选择热交换流体通过每个第一热交换器的流速和通过第一热交换器旁路管道的流速。
还应当注意，控制装置可以被配置成通过控制被设置用于使热交换流体循环的泵来确定热交换流体的流速。
选择热交换流体将流向的第一热交换器的数量和/或通过第一热交换器旁路管道返回到热泵的热交换流体的流速，例如以能够满足上述或其他温度要求并由此通过控制装置相应地控制热交换流体的流动，可以基于所选择的参数或条件。
例如，所述控制装置可以被布置成基于以下各项中的至少一项将热交换流体供给到第一热交换器中的一些而非全部第一热交换器，和/或将热交换流体供给为通过第一热交换器旁路管道至少部分地返回到热泵：
-热交换流体的温度，例如：
-热泵的出口处或下游的热交换流体的温度；
-至少一个第一热交换器的入口处或上游的热交换流体的温度；
-至少一个第一热交换器的出口处或下游的热交换流体的温度，
-环境温度。
基于在任何上述或其他适当位置处的热交换流体的温度，可以以反馈回路确定热交换流体的温度是否保持在上述或其他温度范围内和/或热泵的能力是否与第一热交换器和/或第二热交换器中的热吸收平衡。例如，在第二模式下，如果确定热交换流体的温度升高，则可以减少被供给热交换流体的第一热交换器的数量和/或可以增加通过第一热交换器旁路管道返回到热泵的热交换流体的流速。例如，在第二模式下，如果确定热交换流体的温度降低，则可以增加被供给热交换流体的第一热交换器的数量和/或可以降低通过第一热交换器旁路管道返回到热泵的热交换流体的流速。例如，在第二模式下，如果确定热交换流体的温度基本不改变和/或在合适的范围内，则可以保持被供给热交换流体的第一热交换器的数量和/或可以保持通过第一热交换器旁路返回热泵的热交换流体的流速。
附加地或可替选地，可以基于环境温度，即由根据本发明的系统冷却的建筑物外部的外部温度来控制热交换流体流动。在这样的实施方式中，如果包括关于系统的部件的信息的数据库是可用的，则这是有利的，使得可以基于环境温度和具有信息的数据库来布置热交换流体流动的控制，并由此布置热交换流体供给到的第一热交换器的数量和/或通过第一热交换器旁路管道返回到热泵的热交换流体的流速的控制。这使得能够对系统简单控制。
在上述实施方式中，所述系统可以包括一个或更多个温度传感器，用于测量所描述温度中的任何一个或更多个。特别地，任何一个或更多个温度传感器可以被布置成用于测量热交换流体的温度，例如在任何所描述的或其他位置处的热交换流体的温度，和/或用于测量环境温度。代替测量环境温度，可以从天气服务中检索环境温度。
附加地或可替选地，所述控制装置可以被布置成基于以下各项中的至少一项将热交换流体供给到第一热交换器中的一些而非全部第一热交换器，和/或将热交换流体供给为通过第一热交换器旁路管道至少部分地返回到热泵：
-热泵的冷却能力；
-在第二热交换器中的热交换流体的热吸收，以及
-在相应的第一热交换器中的热交换流体的热吸收。
所述冷却能力和热吸收可以存储在数据库中，该数据库包括这样的信息和关于系统和/或其部件的可能的其他信息。基于该信息，热交换流体流动可以由控制装置控制。
控制装置可以连接至数据库以检索所述信息。此外，控制装置能够将信息添加到数据库和/或改变数据库中的信息，以便用系统使用期间的系统参数和/或响应特征填充数据库。
系统的该实施方式与测量环境温度的前述实施方式结合可以特别有利地工作。
在根据本发明的系统的又一实施方式中，所述系统还包括至少一个第一可控阀，第一可控阀在一个或多个第一热交换器中的每个第一热交换器的出口与第一管道之间和/或在第二管道与一个或多个第一热交换器中的每个第一热交换器的入口之间，第一可控阀可操作地连接至控制装置，其中，控制装置被布置成用于在打开位置与关闭位置之间彼此独立地调节第一可控阀，以控制热交换流体通过对应的一个或多个第一热交换器的流动。
通过上述所描述的第一可控阀可以容易地控制选择热交换流体被供给的第一热交换器的数量。
如果热交换流体没有被供给到所有的第一热交换器和/或如果并非所有的热交换流体被供给到第一热交换器，则热交换流体的剩余部分可以例如流过上述所描述的第一热交换器旁路管道。
在根据本发明的系统的又一实施方式中，所述系统还包括第四管道，第四管道将第一管道连接至用于从热交换流体排出热量的第三热交换器，其中，至少在第二模式下，基本上没有热交换流体被通过第四管道供给到第三热交换器，并且在系统的第三模式下，热交换流体的至少一部分被通过第四管道供给到第三热交换器，
其中，优选地，第四管道通过第二可控三通阀连接至第一管道，第二可控三通阀可操作地连接至控制装置，其中，控制装置被布置成用于在打开位置和关闭位置之间调节第二可控三通阀，以控制热交换流体通过第四管道的流动。可替选地或附加地，第二可控阀可以被放置在第三热交换器的下游。
根据本发明的系统可以在所述第三模式下操作，其中，热交换流体的至少一部分通过第四管道被供给到第三热交换器。所述第三热交换器可以是建筑物的热交换器并且可以被布置成用于通过直接地从热交换流体吸收热量或者经由另外的热交换流体间接地从热交换流体吸收热量来加热自来水。可替选地或附加地，第三热交换器可以用于将热量排放到如下所述的缓冲器。如果第一热交换器中的热交换流体的温升足够大以使热交换流体通过第三热交换器加热自来水，则该第三模式可以是有利的。
在第三模式下，在设置多于一个的第一热交换器的情况下，如果热交换流体被供给到所有的第一热交换器，则这可以是有利的。
第三模式可以例如在用户放出自来水时临时激活。
应当注意，所述第四管道特别地连接至热泵上游的第一管道。
还应当注意，在经过所述第三热交换器之后，第四管道可以连接至第二管道，优选地在第三管道的下游并且在第一热交换器的上游连接至第二管道。
还应当注意，所述第二可控三通阀可以是混合阀。
系统可以在第一操作模式、第二操作模式、第三操作模式和任何其他另外的操作模式之间切换。
在根据本发明的系统的又一实施方式中，所述热泵被配置成至少部分地由所述至少一个光伏面板产生的电能供电。
应当注意，驱动热泵并且特别是驱动其压缩机所需要的所有电能或所需要的电能中的一些电能可以由至少一个光伏面板提供，而所需要的电能的其余部分可以由诸如电网的外部电源提供，或例如在所述至少一个光伏面板不产生电能的情况下，所需要的所有电能可以由诸如电网的外部电源提供。
在根据本发明的系统的又一实施方式中，所述系统还包括用于存储热量的热缓冲器，其中，所述热泵被布置成加热热缓冲器。
所述热缓冲器例如可以是热水器(boiler)。
实际上，热缓冲器包括容器，容器具有用于向容器中填充热缓冲流体的入口和用于从容器排出热缓冲流体的出口。热缓冲流体可以是水。
热缓冲器可以另外通过上述第三热交换器连接，使得热缓冲器可以通过流过第一管道和第四管道的热交换流体从一个或更多个第一热交换器吸收热量。
由热泵从热交换流体排出的热量可以存储在热缓冲器中。所述热缓冲器可以用于加热建筑物和/或建筑物的自来水。可替选地或附加地，缓冲液可以包括(自来)水。如果缓冲液包括自来水，则该水可以直接用作加热水的来源，或可以用于加热其他自来水，从而该水被间接使用。可以设置第五管道，其连接至热缓冲器的出口以用于排出所加热的热缓冲流体，或与热缓冲流体热交换接触以加热流过第五管道的流体。第五管道对于除(自来)水之外的其他热缓冲流体也可以是有利的。第五管道可以连接至建筑物的加热系统或自来水系统。
当通过热交换流体所吸收的热量相对较高时，这种热缓冲器可以特别有利，因为在那些情况下，也需要由热缓冲器吸收相对较大量的热量。因此，可以通过入口向热缓冲器填充冷缓冲流体，诸如冷自来水，冷缓冲流体然后可以由热泵加热。当缓冲流体被加热到热泵不再能够加热它(在缓冲流体温度大约为60℃时可能会发生这种情况)的程度时，可能需要冷却热缓冲流体，以便仍然能够通过第一热交换器冷却所述至少一个光伏面板。冷却热缓冲流体可以例如通过使所加热的缓冲流体流过冷却回路来获得，冷却回路例如安装在建筑物的地面或地基中，或冷却热缓冲流体可以例如在如下面紧接描述地设置具有所述第四模式的系统的情况下获得。
在根据本发明的系统的另一个实施方式中，在系统的第四模式下，热交换流体的至少一部分被通过第二管道供给到至少一个第一热交换器，并且热泵被布置成加热热交换流体，从而从热泵流体中排出热量并且因此冷却热泵流体，以及进行以下各项中的至少一项：
-设置第四热交换器，其中，所述冷却的热泵流体被布置成用于冷却所述第四热交换器中的中央加热系统流体，以及
-热缓冲流体或所述热缓冲流体由所冷却的热泵流体冷却。
因此，在该第四模式下，热泵在与至少第一模式和第二模式相比的相反模式下被使用。
例如，如果建筑物要在夜间被冷却，则第四模式可以是有利的，使得建筑物可以通过第四热交换器被冷却，并且其中热交换流体能够在凉爽的夜晚通过位于建筑物外部的第一热交换器排出其热量，从而能够冷却热交换流体，使得在第一热交换器中被冷却之后，热交换流体能够从热泵中的热泵流体吸收热量。在这种情况下，所述缓冲器可以被绕过。
可替选地或另外地，第四模式可以例如有利地用于在夜间冷却热缓冲流体或所述热缓冲流体。如上所述，热交换流体能够在寒冷的夜晚通过位于建筑物外部的第一热交换器排出其热量，使得在第一热交换器中被冷却之后，热交换流体能够从热泵流体吸收热泵中的热量，使得热缓冲流体或所述热缓冲流体可以被所冷却的热泵流体冷却。所述热缓冲流体可以是包括在如上所述的热缓冲器中的热缓冲流体，或是第二热缓冲器的热缓冲流体。
在根据本发明的系统的实际实施方式中，所述系统还包括至少一个泵，至少一个泵被布置成用于将热交换流体泵送通过第一管道和/或第二管道和/或第三管道和/或第四管道，其中，控制装置可操作地连接至泵，用于控制由泵引起的热交换流体的流动。可以存在多个泵以用于单独地控制通过每个或几个管道的流动。
在根据本发明的系统的又一实施方式中，至少一个第一热交换器包括三维织物，三维织物包括两个织造的或编织的主表面，这些主表面彼此相距一定距离地基本上彼此平行地延伸，其中，主表面通过多个绒头互连，其中，所述多个绒头在至少一个第一热交换器的入口与出口之间限定了多个绒头之间的多个流动路径。
发现这种热交换器允许相对高且均匀的热传递。因此，它特别适合于从光伏面板吸收热量。可以认为，由于绒头(pile)的缘故可以反复合并和分开的多个流动路径可能使得从入口流到出口的热交换流体遵循相当混乱的或甚至湍急的流动。不希望受理论的束缚，申请人相信这种混乱的或湍急的流动有助于第一热交换器的相对高的传热能力。
所述绒头尤其可以是由任何合适材料制成的绒头线。
所述绒头可以在主表面的织造或编织期间被设置和/或可以是织造或编织结构的一部分，特别是通过将绒头与主表面直接织造而可以是织造或编织结构的一部分。
所述绒头可以相对于主表面，在主表面之间基本正交地或以非零角度延伸。所述绒头可以是直的或弯曲的。
所述主表面和/或绒头可以由任何合适的材料制成。绒头与主表面可以由相同或不同的材料制成。实际上，绒头的至少一部分可以由导热材料制成，从而增强从绒头到热交换流体的热传递。例如，所述绒头可以由铜、铝或不锈钢制成。
实际上，两个主表面中的至少一个可以是流体不可渗透的。这可以例如通过将流体不可渗透的涂层或层施加到两个主表面中的至少一个来获得。
所述三维织物可以被布置在流体不可渗透的壳体中。所述壳体可以例如包围织物的周向边缘的至少一部分和/或主表面中的至少一个。
本发明还涉及一种用于通过热交换流体从至少一个光伏面板和/或从环境吸收热量的方法，光伏面板具有至少一个第一热交换器，方法包括：
a)使热交换流体流过至少一个第一热交换器，使得至少一个第一热交换器从其相应的光伏面板和/或从环境中吸收热量；以及
b)使热交换流体流过热泵，并通过热泵从热交换流体中排出热量，从而冷却热交换流体；
c)在以下模式之间进行切换：
方法的第一模式，在第一模式下，重复和/或连续执行步骤a)和步骤b)；以及
方法的第二模式，在第二模式下，重复和/或连续执行步骤a)和步骤b)，并且方法还包括使所冷却的热交换流体流过第二热交换器。
方法可以使用具有任何特征组合的如上所述的系统来执行。
这种方法的优点在于，在第一模式下，至少一个光伏面板被冷却，这提高了其将光转换成电的效率。此外，第一热交换器可以用于收集热量，因此第一热交换器形成热泵的热源。在第二模式下，方法可以提供这样的优点：所冷却的加热流体用于冷却例如连接至第二热交换器的建筑物。以这种方式，建筑物和光伏面板可以同时被热泵冷却。
方法可以包括使热交换流体首先流过第二热交换器，然后使其在返回热泵之前流过至少一个第一热交换器。
在根据本发明的涉及至少两个光伏面板的方法的实施方式中，在第二模式下，方法包括使热交换流体流过至少两个光伏面板中的一些而非全部光伏面板的至少一个第一热交换器。
通过使热交换流体流过一些而非全部的光伏面板，与流过所有光伏面板的情况相比，热交换流体可以吸收较少的热量。因此，在第二模式下，即使当热泵能力与在热交换流体流过所有光伏面板的情况下所吸收的热量相比低时，热交换流体的温度也可以保持在期望的低水平。在该第二模式下获得的较低温度可以低到足以通过第二热交换器冷却诸如房屋或建筑物的某些东西。
如上所述，可以预见其中没有热交换流体被供给到任何光伏面板的另一模式。
为了确定通过哪些第一热交换器输送热交换流体或者有多少第一热交换器输送热交换流体，可以进行参数测量。更具体地，方法可以包括测量至少一个参数的步骤d)，至少一个参数是以下各项中的至少一项：
-热泵的出口处或下游的热交换流体的温度；
-至少一个第一热交换器的入口处或上游的热交换流体的温度；以及
-至少一个第一热交换器的出口处或下游的热交换流体的温度，
基于至少一个参数，使热交换流体流过至少两个光伏面板中的一些而非全部光伏面板的至少一个第一热交换器。
在根据本发明的方法的另一个实施方式中，在方法的第三模式下，方法包括步骤e)：通过使来自至少一个第一热交换器的热交换流体的至少一部分流过用于从热交换流体排出热量的第三热交换器来绕过热泵。
方法还可以包括在第一模式、第二模式、第三模式和任何其他可选的另外模式之间切换。
在根据本发明的方法的另一个实施方式中，方法还包括使用由至少一个光伏面板产生的电力至少部分地对热泵供电。
本领域技术人员将清楚的是，对于如权利要求中所述的或者具有如上所述的单独的或呈任何合适的组合形式的任何一个或更多个特征的系统的任何一个或更多个实施方式，可以预见任何合适的方法。
本发明还涉及一种包括计算机可读指令的数据载体，计算机可读指令在由上述系统的适当控制装置执行时，使控制装置执行上述方法。
将参照附图进一步说明本发明，在附图中：
图1示出了根据本发明的系统的示例性实施方式的流程图；
图2至图5示出了用于说明系统的不同工作模式的图1的流程图的各部分；
图6是通过具有如在系统中使用的第一热交换器的示例性类型的光伏面板的示意性截面；以及
图7是根据本发明的方法的示例性实施方式的流程图。
在附图中，相同的元件用相同的附图标记表示。
图1的系统在该示例性实施方式中包括两个光伏面板1。本领域技术人员将清楚的是，可以设置任何期望数量的光伏面板1。每个光伏面板1具有相应的第一热交换器2，用于通过热交换流体从所述面板1和/或从环境吸收热量。两个第一热交换器2各自具有用于向第一热交换器2供给热交换流体的入口3和用于从第一热交换器2排出热交换流体的出口4。第一管道5将第一热交换器2的出口4连接至热泵7的入口6。热泵7被布置成根据系统的操作模式从热交换流体排出热量，从而冷却热交换流体，或向热交换流体供给热量，从而加热热交换流体，这将在下面针对图2至图5进一步说明。第二管道8将热泵7的出口9连接至第一热交换器2的入口3。因此，第一管道5和第二管道8将热泵7和第一热交换器2相互连接，用于在它们之间输送热交换流体。设置第三管道10，其将第二管道8连接至用于通过热交换流体吸收热量的第二热交换器11。在第二热交换器11的下游，第三管道10连接至第二管道8。第二热交换器11可以是被布置在建筑物中、建筑物处或建筑物附近的热交换器，并且可以用于例如通过具有第二热交换流体来冷却所述建筑物，该第二热交换流体被热交换流体冷却，并且由此能够例如通过空调系统来冷却建筑物。在第二热交换器11的上游和下游，在第三管道10和第二管道8之间设置两个可控三通阀22。然而，本领域技术人员认识到，在第二热交换器11的上游或下游的单个可控三通阀22可能足够。
在基本形式中，所述系统可以仅包括上述特征。然而，所述系统可以包括呈任何期望组合形式的下面描述的特征中的任何一个或更多个特征。
根据该示例性实施方式的系统还包括将第二管道8连接至第一管道5的第一热交换器旁路管道12，并且在该实施方式中包括将第一热交换器旁路管道12连接至第二管道8和第一管道5的两个可控三通阀13。在其他实施方式中，单个可控三通阀13可能足够。通过所述第一热交换器旁路管道12，第一热交换器2中的一些或全部可以选择性地被绕过，使得可以利用根据该实施方式的系统将热交换流体供给到所有第一热交换器2、第一热交换器2中的一些或者不将热交换流体供给到第一热交换器2。
根据该示例性实施方式的系统还包括总共四个第一可控阀14，其中相应的第一可控阀14被设置在每个第一热交换器2的出口4和第一管道5之间以及第二管道8和每个第一热交换器2的入口3之间。可替选地，可以在每个第一热交换器1的上游或下游使用单个可控阀14。此外，多个第一热交换器可以连接至相同的一个或更多个可控阀14。
根据该示例性实施方式的系统还包括第四管道15，第四管道15将第一管道5连接至用于从热交换流体排出热量的第三热交换器16。所述第四管道15然后在第三热交换器16下游连接至第二管道8。所述第三热交换器16可以例如是建筑物的热交换器并且可以被布置成用于通过直接地从热交换流体吸收热量或者经由另外的热交换流体间接地从热交换流体吸收热量来加热自来水。在该示例性实施方式中，第四管道15通过第二可控三通阀17连接至第一管道5。另一第二可控三通阀17被示为在第四管道15和第二管道8之间。显然，在所示位置中的任何位置处，仅可以使用一个第二可控三通阀17。
根据该示例性实施方式的系统还包括用于存储热量的热缓冲器18，其中，所述热泵7被布置成加热热缓冲器18。热缓冲器18可以例如包括容器，容器具有用于向容器填充热缓冲流体的入口和用于从容器排出热缓冲流体的出口。系统还可以包括第五管道19，第五管道19在该实施方式中与热缓冲流体热交换接触以加热流过第五管道19的流体。第五管道19可以例如连接至建筑物的加热系统或自来水系统。
根据该示例性实施方式的系统还包括第四热交换器20。所述第四热交换器20可以与在热泵7中循环的热泵流体热交换接触。例如，所述第四热交换器20可以是中央加热系统的一部分和/或被布置成用于冷却中央加热系统流体，使得可以使用中央加热系统来冷却所述建筑物。设置了两个可控三通阀21，使得可以控制热泵流体到热缓冲器18和/或第四热交换器20的流动。可替选地，在第四热交换器20的上游或下游，单个可控三通阀21可能足够。
系统还包括控制装置(未示出)，用于控制热交换流体通过第一管道和/或第二管道和/或第三管道和/或第四管道的流动。所述控制装置可以布置成控制可控阀14和/或三通阀13、17、21、22。
根据该示例性实施方式的系统还包括泵23，泵23被布置成用于将热交换流体泵送通过第一管道5和/或第二管道8和/或第三管道10和/或第四管道15，其中，控制装置可操作地连接至泵23，用于控制由泵引起的热交换流体的流动。
图1的示例性系统可以以若干操作模式来操作，这将针对图2至图5来描述。在图2至图5中，系统的以该模式使用的部分以粗线绘制。
图2示出了可以根据本发明操作系统的第一模式。在第一模式下，在热泵7中冷却的所述冷却的热交换流体的至少一部分通过第二管道8供给到两个第一热交换器2。由于所冷却的热交换流体被供给到第一热交换器2，两个光伏面板1被冷却，使得光伏面板的效率可以提高。在该第一模式下，热泵7的热泵流体可以通过吸收来自热交换流体的热量来升高温度，热泵流体可以用于加热热缓冲器18中的缓冲流体。该所加热的缓冲流体18可以例如通过第五管道19加热建筑物或建筑物的自来水。
图3示出了可以根据本发明操作系统的第二模式。在第二模式下，被热泵7冷却的热交换流体在被供给到第一热交换器2之前首先经过第二热交换器7。由于此，所冷却的热交换流体可以用于例如通过具有第二热交换流体来冷却所述建筑物，第二热交换流体被热交换流体冷却，并且由此能够例如通过空调系统冷却建筑物。虽然热交换流体在第二热交换器11中温度升高，但仍可以足够冷以冷却至少一个光伏面板，使得光伏面板的效率可以提高。同样在该第二模式下，热泵7的热泵流体可以通过吸收来自热交换流体的热量来升高温度，热泵流体可以用于加热热缓冲器18中的缓冲流体。该所加热的缓冲流体18可以例如通过第五管道19加热建筑物或建筑物的自来水。
在图3所示的第二模式下，系统可以在第一配置和第二配置之间切换，在第一配置下，所述控制装置被布置成将热交换流体供给到所有的第一热交换器2，在第二配置下，所述控制装置被布置成将热交换流体供给到第一热交换器2中的一些而非全部。如果第一热交换器2中的一些被绕过，则热交换流体的一部分可以通过第一热交换器旁路管道12被旁路。通过在第二配置下将热交换流体供给到第一热交换器2中的一些而非全部第一热交换器2，可以限制热交换流体的温升。例如，所述控制装置可以被布置成基于以下各项中的至少一项将热交换流体供给到第一热交换器2中的一些而非全部，和/或将热交换流体供给为通过第一热交换器旁路管道12至少部分地返回到热泵7：
-热交换流体的温度，例如：
-热泵7的出口处或下游的热交换流体的温度；
-第一热交换器2的入口3处或上游的热交换流体的温度；
-第一热交换器2的出口4处或下游的热交换流体的温度，
-环境温度；
-热泵7的冷却能力；
-在第二热交换器11中的热交换流体的热吸收，以及
-在相应的第一热交换器2中的热交换流体的热吸收。
在图3中，第一热交换器2和第一热交换器旁路管道12二者都以粗线绘制。然而，本领域技术人员将清楚的是，在第一配置下，没有热交换流体通过第一热交换器旁路管道12输送，并且在第二配置下，两个第一热交换器2中的任一个都可以被绕过，并且因此没有热交换流体可以被输送通过它。
应当注意，也可以绕过两个第一热交换器2，使得所有热交换流体返回到热泵7而不经过第一热交换器2。显然，可以选择任何其他数量的热交换器。此外，可以限制通过一个或更多个第一热交换器2的流。通过第一热交换器2的受限流然后可以在第一热交换器2的下游与来自第一热交换器旁路管道12的流混合，以获得具有期望温度的热交换流体。图4示出了可以根据本发明操作系统的第三模式。在该第三模式下，热交换流体的至少一部分通过第四管道15供给到第三热交换器16。如上所述，所述第三热交换器16可以是建筑物的热交换器(和/或可以连接至缓冲器)，并且可以被布置成用于通过直接地从热交换流体吸收热量或者经由另外的热交换流体间接地从热交换流体吸收热量来加热自来水。如果热交换流体在第一热交换器2中的温升足够大以使热交换流体通过第三热交换器16加热自来水，则该第三模式可以是有利的。
图5示出了可以根据本发明操作系统的第四模式。在系统的第四模式下，热交换流体的至少一部分通过第二管道8供给到第一热交换器2，并且热泵7被布置成加热热交换流体，从而从热泵流体排出热量，并因此冷却热泵流体。在该示例中，所冷却的热泵流体用于间接冷却所述第四热交换器20中的中央加热系统流体。可替选地，所述热缓冲流体可以由所冷却的热泵流体冷却。所加热的热交换流体可以在第一热交换器2中被冷却。例如，如果建筑物要在夜间被冷却，则第四模式可以是有利的，使得建筑物可以通过第四热交换器20被冷却，并且其中热交换流体能够在寒冷的夜间通过位于建筑物外部的第一热交换器2排出其热量，并且由此能够冷却热交换流体。
系统可以在上述操作模式中的任何操作模式或任何其他未描述的操作模式之间切换。
图6示出了光伏面板1及其第一热交换器2的示例性实施方式。该图6示出了第一热交换器2可以包括三维织物，三维织物包括两个织造或编织的主表面30，这些主表面彼此相距一定距离地基本上彼此平行地延伸，其中，主表面通过多个绒头31互连，其中，所述多个绒头在第一热交换器2的入口3与出口4之间限定了其间的多个流动路径。主表面30之一可以与光伏面板1直接接触，使得面板1和第一热交换器2处于良好的热交换接触。另一个主表面30可以包括施加于其上的流体不可渗透的涂层32。涂层32可以替选地是流体不可渗透层。可选地，所述三维织物可以被布置在框架(未示出)中。
图7以流程图的形式示出了用于通过热交换流体从至少一个光伏面板和/或从环境吸收热量的方法100，光伏面板具有至少一个第一热交换器。流程图包括在第一模式M1、第二模式M2和第三模式M3之间切换的步骤101。虽然切换步骤101被示为仅出现一次，但是实际上切换步骤101可以被执行多次以便在第一模式M1、第二模式M2和第三模式M3之间切换。在已经执行方法的模式M1、M2、M3中的任何一个或更多个模式达期望量的时间之后，可以停止该方法或可以选择另一个模式。第一模式包括第一步骤102和第二步骤103，第一步骤102使热交换流体流过至少一个第一热交换器，使得至少一个第一热交换器从其相应的光伏面板和/或从环境吸收热量，第二步骤103使热交换流体流过热泵，并且通过热泵从热交换流体排出热量，从而冷却热交换流体。根据本发明，在第一模式M1下，这些步骤102、103被重复和/或连续进行，可能直到选择了另一个模式M2、M3。第二模式M2包括分别对应于第一模式的步骤102和103(除非另有说明)的步骤102’和103’。第二模式还包括使所冷却的热交换流体流过第二热交换器的附加步骤104。在图7中描述的方法的示例实施方式中，步骤102’包括使热交换流体流过至少两个光伏面板中的一些而非全部光伏面板的至少一个第一热交换器。方法100还包括可选的测量步骤105，测量步骤105测量至少一个参数，至少一个参数是以下各项中的至少一项：在热泵的出口处或下游的热交换流体的温度；在至少一个第一热交换器的入口处或上游的热交换流体的温度；以及在至少一个第一热交换器的出口处或下游的热交换流体的温度。在使热交换流体流过至少一个第一热交换器的步骤102’期间，使热交换流体流过至少两个光伏面板中的一些而非全部光伏面板的至少一个第一热交换器是基于在测量步骤105中所测量的至少一个参数的。第三模式M3包括等于第一模式M1的步骤102(除非另有说明)的第一步骤102”。第二模式M2的步骤105、102’、103’、104被重复和/或连续进行，直到选择了另一个模式。第三模式M3还包括通过使来自至少一个第一热交换器的热交换流体的至少一部分流过用于从热交换流体排出热量的第三热交换器来绕过热泵的步骤106。第三模式M3的步骤102”、106被重复和/或连续进行，直到选择另一个模式。
尽管以上已经参照多个特定示例和实施方式描述了本发明，但是本发明不限于此。替代地，本发明还涵盖由权利要求限定的主题。
例如，本领域技术人员将清楚的是，可控阀和/或三通阀的数量和/或位置可以根据需要进行选择。例如，代替四个第一可控阀14，可以在所述第一热交换器2的上游或下游设置两个第一可控阀14。另外，多个第一热交换器2可以连接至相同的一个或更多个可控阀14。

Claims (20)

1.一种系统，包括：
-至少一个光伏面板，具有用于通过热交换流体从所述面板和/或从环境吸收热量的至少一个第一热交换器，所述至少一个第一热交换器具有用于向所述至少一个第一热交换器供给热交换流体的入口和用于从所述至少一个第一热交换器排出热交换流体的出口；
-热泵，具有连接至所述至少一个第一热交换器的出口的入口以及连接至所述至少一个第一热交换器的入口的出口，所述热泵的入口用于通过第一管道从所述至少一个第一热交换器的出口接收热交换流体，所述热泵的出口用于通过第二管道将热交换流体供给到所述至少一个第一热交换器；
-第三管道，将所述第二管道连接至用于通过所述热交换流体吸收热量的第二热交换器；
-控制装置，用于控制所述热交换流体通过所述第一管道和/或所述第二管道和/或所述第三管道的流动，
其中，所述热泵被布置成从所述热交换流体排出热量，从而冷却所述热交换流体，所述系统至少具有以下操作模式：
-第一模式，在所述第一模式下，所述冷却的热交换流体的至少一部分被通过所述第二管道供给到所述至少一个第一热交换器；以及
-第二模式，在所述第二模式下，所述冷却的热交换流体的至少一部分被通过所述第三管道供给到所述第二热交换器，然后被供给到所述至少一个第一热交换器的入口。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统包括所述光伏面板中的至少两个光伏面板，每个光伏面板具有所述第一热交换器，所述第一热交换器具有所述入口和所述出口，并且其中，至少在所述系统的所述第二模式下，所述系统能够在第一配置和第二配置之间切换，在所述第一配置下，所述控制装置被布置成将热交换流体供给到所有的所述第一热交换器，在所述第二配置下，所述控制装置被布置成将热交换流体供给到所述第一热交换器中的一些而非全部第一热交换器。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述系统包括：将所述第二管道连接至所述第一管道的第一热交换器旁路管道和将所述第一热交换器旁路管道连接至所述第二管道和/或所述第一管道的至少一个可控三通阀。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其中，所述控制装置被布置成基于以下各项中的至少一项将热交换流体供给到所述第一热交换器中的一些而非全部第一热交换器，和/或将热交换流体供给为通过所述第一热交换器旁路管道至少部分地返回到所述热泵：
-所述热交换流体的温度，例如：
-所述热泵的出口处或下游的所述热交换流体的温度；
-所述至少一个第一热交换器的入口处或上游的所述热交换流体的温度；
-所述至少一个第一热交换器的出口处或下游的所述热交换流体的温度，
-环境温度。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的系统，其中，所述控制装置被布置成基于以下各项中的至少一项将热交换流体供给到所述第一热交换器中的一些而非全部第一热交换器，和/或将热交换流体供给为通过所述第一热交换器旁路管道至少部分地返回到所述热泵：
-所述热泵的冷却能力；
-在所述第二热交换器中的所述热交换流体的热吸收，以及
-在相应的第一热交换器中的所述热交换流体的热吸收。
6.根据前述权利要求2至5中任一项所述的系统，还包括：至少一个第一可控阀，所述第一可控阀在一个或多个所述第一热交换器中的每个第一热交换器的出口与所述第一管道之间和/或在所述第二管道与所述一个或多个第一热交换器中的每个第一热交换器的入口之间，所述第一可控阀可操作地连接至所述控制装置，其中，所述控制装置被布置成用于在打开位置与关闭位置之间彼此独立地调节所述第一可控阀，以控制热交换流体通过对应的一个或多个第一热交换器的流动。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，还包括：第四管道，所述第四管道将所述第一管道连接至用于从所述热交换流体排出热量的第三热交换器，其中，至少在所述第二模式下，基本上没有热交换流体被通过所述第四管道供给到所述第三热交换器，并且在所述系统的第三模式下，所述热交换流体的至少一部分被通过所述第四管道供给到所述第三热交换器，
其中，优选地，所述第四管道通过在所述第三热交换器的上游和/或下游的第二可控三通阀连接至所述第一管道，其中，所述第二可控三通阀可操作地连接至所述控制装置，其中，所述控制装置被布置成用于在打开位置和关闭位置之间调节所述第二可控三通阀，以控制所述热交换流体通过所述第四管道的流动。
8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述热泵被配置成至少部分地由所述至少一个光伏面板产生的电能供电。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，还包括：用于存储热量的热缓冲器，其中，所述热泵被布置成加热所述热缓冲器。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述热缓冲器包括：容器，所述容器具有用于向所述容器中填充热缓冲流体的入口和用于从所述容器排出热缓冲流体的出口。
11.根据权利要求9或10所述的系统，其中，所述系统还包括：第五管道，所述第五管道连接至所述热缓冲器的出口以用于排出所加热的热缓冲流体，或与所述热缓冲流体热交换接触以加热流过所述第五管道的流体。
12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，在所述系统的第四模式下，所述热交换流体的至少一部分被通过所述第二管道供给到所述至少一个第一热交换器，并且所述热泵被布置成加热所述热交换流体，从而从热泵流体中排出热量并且因此冷却所述热泵流体，以及进行以下各项中的至少一项：
-设置第四热交换器，其中，所述冷却的热泵流体被布置成用于冷却所述第四热交换器中的中央加热系统流体，以及
-热缓冲流体或所述热缓冲流体由所冷却的热泵流体冷却。
13.根据前述权利要求中任一项所述的系统，还包括：至少一个泵，所述至少一个泵被布置成用于将所述热交换流体泵送通过所述第一管道和/或所述第二管道和/或所述第三管道和/或所述第四管道，其中，所述控制装置可操作地连接至所述泵，用于控制由所述泵引起的所述热交换流体的流动。
14.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述至少一个第一热交换器包括：三维织物，所述三维织物包括两个织造的或编织的主表面，所述主表面彼此相距一定距离地基本上彼此平行地延伸，其中，所述主表面通过多个绒头互连，其中，所述多个绒头在所述至少一个第一热交换器的入口和出口之间限定了所述多个绒头之间的多个流动路径。
15.一种用于通过热交换流体从至少一个光伏面板和/或从环境吸收热量的方法，所述光伏面板具有至少一个第一热交换器，所述方法包括：
a)使所述热交换流体流过所述至少一个第一热交换器，使得所述至少一个第一热交换器从相应的光伏面板和/或从所述环境吸收热量；以及
b)使所述热交换流体流过热泵，并通过所述热泵从所述热交换流体中排出热量，从而冷却所述热交换流体；
c)在以下模式之间进行切换：
所述方法的第一模式，在所述第一模式下，重复和/或连续执行步骤a)和步骤b)；以及
所述方法的第二模式，在所述第二模式下，重复和/或连续执行步骤a)和步骤b)，并且所述方法还包括：使所冷却的热交换流体流过第二热交换器。
16.根据权利要求15所述的涉及至少两个光伏面板的方法，其中，在所述方法的所述第二模式下，所述方法包括使热交换流体流过所述至少两个光伏面板中的一些而非全部光伏面板的所述至少一个第一热交换器。
17.根据权利要求15或16所述的方法，还包括：
d)测量至少一个参数，所述至少一个参数是以下各项中的至少一项：
-所述热泵的出口处或下游的所述热交换流体的温度；
-所述至少一个第一热交换器的入口处或上游的所述热交换流体的温度；以及
-所述至少一个第一热交换器的出口处或下游的所述热交换流体的温度，
基于所述至少一个参数，使所述热交换流体流过所述至少两个光伏面板中的一些而非全部光伏面板的所述至少一个第一热交换器。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其中，在所述方法的第三模式下，所述方法包括：
e)通过使来自所述至少一个第一热交换器的所述热交换流体的至少一部分流过用于从所述热交换流体排出热量的第三热交换器来绕过所述热泵。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，还包括：使用由所述至少一个光伏面板产生的电力至少部分地对所述热泵供电。
20.一种数据载体，包括指令，所述指令在由根据权利要求1至14中任一项所述的系统的适当控制装置执行时，使所述控制装置执行根据权利要求15至19中任一项所述的方法。
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