具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1示出一种光伏光热系统，包括光伏发电系统、光热发电系统、以及余热梯级利用系统；所述的光伏发电系统包括顺序连接的光伏组件1、蓄电池2以及逆变器3；光伏发电系统可为整个系统提供所需的电量，但当遭遇恶劣的天气条件是，光伏的发电量可能不足以长时间支撑系统正常运行，所以采用市电进行辅助供电以维持系统的正常运转；光伏发电系统的电能流向为光伏组件发电，流经蓄电池，再流经逆变器，此时直流电变为交流电，然后电能在分别供给系统控制柜、两个交流水泵和电加热器等负载。

所述的光热发电系统包括太阳能集热器5、与所述的太阳能集热器循环连接的辅助热源7、与所述的辅助热源循环连接的蒸发器8、以及与所述的蒸发器连接的电转化单元以及热回收单元；所述的电转化单元包括与所述的蒸发器连接的螺旋杆9以及与所述的螺旋杆连接的永磁电机14；所述的热回收单元包括与所述的螺旋杆顺序连接的余热梯级利用系统10、冷凝器11以及储液罐12；所述的储液罐与所述的蒸发器连接；所述的冷凝器与冷源13循环连接。

所述的太阳能集热器，包括支架、设置在所述的支架上的水箱和真空集热管；所述的真空集热管与所述的水箱相互连通；水箱内设置有水箱温度传感器；通过真空集热管将太阳能转化为热量储存到水箱中，所述的辅助热源为一罐体，通过管路与水箱连接；管路上设置有第一交流水泵；整个辅助热源外层采用保温层包裹起来，可具有良好的保温性能；同时，所述的辅助热源与辅助加热器连接；所述的逆变器与所述的辅助加热器连接为其供电。当太阳能集热器的热量不足以供应蒸发器进行热交换时，使用电加热器辅助加热器对辅助热源内的工质进行加热；辅助热源内设置有辅助热源液位计以及辅助热源温度传感器；其中辅助热源的罐体的出水口和发电机机组中蒸发器的热源进口相连，回水管分别与罐体的回水口和蒸发器的热源出口，同时蒸发器热源的进出口分别装有蒸发器热源进口温度传感器和蒸发器热源出处口温度传感器用于检测其进出口的温度。补水口位于罐体的最上方，当辅助热源液位计显示罐内水源不足时用于向罐体内注水。

蒸发器内工质的出口与螺杆机进口通过管路进行连接，其管路上还分别装有蒸发器温度传感器、蒸发器流量计和蒸发器压力传感器，分别用于测量蒸发器内工质的出口温度、气体工质的流量变化和工质汽化后(做功前)的压力(高压)。螺杆机出口与冷凝器工质进口通过管路相连，且在螺杆机的出口处放置有螺杆机温度传感器和螺杆机压力传感器，用于测量工质做功后的温度以及气态工质做功后的压力(低压)，螺杆机通过与永磁电机相连带动电机转动进而将机械能转化为电能。冷凝器工质出口与储液罐进口通过管路相连，且管路上装有冷凝器温度传感器用于测量冷凝器工质冷凝后的温度，其中储液罐的作用是为系统内部储存定量的工质。最后储液罐的出口与蒸发器工质进口通过管路进行连接，且其管路上还分别装有变频工质循环泵、循环泵流量计以及手动调节阀，变频循环泵用于带动整个机组内部工质的循环，循环泵流量计用于测量循环泵出口后液体工质的流量，手动调节阀则主要用于方便向机组内部添加工质。

真空集热管吸收热能将内部的水加热，然后热水由真空集热管出口流经辅助热源完成对辅助热源内部水的加热，最后再由真空集热管进口回到真空集热器内，真空集热器与辅助热源之间的水源的循环由第一交流泵(交流水泵1)提供动力。辅助热源内的水被加热后，在第二交流泵(交流水泵2)的作用下进行往复循环，并流经蒸发器，同时将蒸发器内的液态工质汽化，蒸发器内的工质汽化后变为高温高压的气体，然后由出口进入螺杆机，高温高压气体带动螺杆机进行运转，然后螺杆机带动永磁电机将机械能转化为电能，最后永磁发电机发出的电经并网控制器直接上传到电网，经过螺杆机9做功后的气态工质，再流经余热梯级利用系统10，随后流经冷凝器进入冷凝变为液态工质，在经过储液罐，最后由液态工质重新回到蒸发器内，该系统内工质往复循环所需的动力由工质循环泵提供，其中冷凝器两端的冷量由冷源提供，该部分为光热发电系统，既有效地利用了热能又产生了电能。经过螺杆机做功后的气态工质，虽然压力和温度都会下降，但其温度仍可维持在60℃-90℃之间，所以该气体工质可再用于对生活用水等一系列的生活所需热量(如地暖、洗浴、日常热水等)依次进行循环加热，该设计实现了余热梯级利用的思想，同时也可对该气态工质之后的降温降压起到有益效果。该新型系统内温度传感器和压力传感器用于采集各处对应点的温度和压力，并通过监控系统传输到触控屏上进行实时监控。该系统的设计实现了太阳能光资源和热资源的综合应用，也实现了自产自足自销的设计思想，大大提高了太阳能资源的综合利用率。此外该系统内通过设计辅助热源弥补了光热发电系统中蒸发器内工质换热热量不稳定的缺点。因此该新型系统在实验中，可通过控制辅助热源温度值(室温-180℃之间，控制精度的误差值在±0.1-0.5)来模拟该系统在不同地区不同温度下的光热发电机组的发电量、发电效率以及其运行工况。

出于对光伏发电系统的蓄电池使用寿命的维护和更好的解决光伏发电不稳定状态的问题，光伏发电与市电之间的供电切换采用如图2所示的控制原理图，所述的光伏控制系统包括端子排、防反冲二极管D、电压传感器U1和U2、电流传感器I1、空气开关QF1、QF2、QF3、QF4、QF5和QF6、继电器KA1、KA2、KA3、KA4、KA5和KA6、熔断器FU1和FU2、系统控制柜模块、以及市电模块组成；其中所述的电压传感器和电流传感器主要用于检测光伏组件和蓄电池的电量状态；空气开关和熔断器在电路中其保护作用；继电器KA1、KA2分别控制蓄电池的充放电状态，KA3控制市电模块的启停；逆变器可将光伏组件和蓄电池发出的直流电转化为220V交流电；电加热器、交流水泵和系统控制柜分别为光伏发电系统的负载部分，分别通过继电器KA4、KA5、KA6和空气开光QF6进行控制。

流程图如图7示出，当系统运行时下，首先由光伏组件和蓄电池为负载进行供电，当系统监测到蓄电池的电量低于自身的20％±0.5时，此时断开光伏组件和蓄电池供电，启动市电为系统供电，蓄电池处于充电状态；当蓄电池的充电量达到了自身总量的80％±0.5时，此时断开市电，由蓄电池和光伏组件为系统进行供电。通过以上措施则可以更好保障系统的正常运行以及整个系统的使用寿命。

光伏组件将光能转化为电能，流经端子排、防反充二极管D、空气开关QF1、继电器KA1，然后经过空气开关QF2为蓄电池充电并同时为负载供电；光伏组件和蓄电池放电后的电流经过空气开关QF3、继电器KA2、熔断器FU1，然后电流经过逆变器将直流电变为220V交流电，随后再流经熔断FU2、空气开关QF4，最后输出给负载；市电模块则通过继电器KA3和空气开关QF5来控制自身为负载供电。其中电压传感器U1和电流传感器I1用于监测光伏组件的工作状态，电压传感器U2用于监测蓄电池两端的电量，即当U2的示数低于蓄电池电量的20％±0.5时，此时系统断开KA2，接通KA3，蓄电池只进行充电停止放电，市电接通为负载进行供电，当U2监测到蓄电池的电量高于容量的80％±0.5时，此时接通KA2，断开KA3，蓄电池和光伏组件进行供电，市电断开。

负载部分包括电加热器、两个交流水泵以及系统控制柜。电加热器通过继电器KA4进行控制，当辅助热源温度传感器监测到辅助热源罐体内部水源温度达不到热源设定的温度范围时，系统自动闭合KA4电加热器开始为水源补充热量，当超过设定的温度范围时，即自动断开。两个交流水泵的启停由继电器KA5和KA6控制，当系统运行时如需启动两个水泵，直接通过触控屏将其启动即可。系统控制柜的用电由空气开关QF6控制。

光伏发电电气控制原理如图3所示，包括空气开关QF6、QF7和QF8、紧急停止开关S0、变频器BPQ，工质循环泵，相序保护器XXJ,交流接触器KM1，继电器KA7,KA8,KA9，电源指示灯HL1和故障指示灯HL2,以及24V直流开关电源；当系统检测到故障时可按下紧急停止开关S0将其直接断开对系统进行保护；变频器BPQ与工质循环泵相连用于改变泵的转速；相序保护器可自动进行相序识别，避免系统中的相关泵体因为电源相序接反后，导致反转从而导致事故或设备损坏；交流接触器KM1用于控制循环泵的启停；电源指示灯HL1点亮代表该系统已通电；当检测到系统存在故障时，故障指示灯HL2则会点亮。24V直流开关可将220V交流电转换为24V直流电，然后充当电源为监控系统进行供电。

首先电流经过空气开关QF6，然后一条支路流经QF7，在经过变频器BPQ1，再流经交流接触器KM1，最后将电传输给工质循环泵M1，在该支路中空气开关QF7控制整条支路的通断，变频器的启停由继电器KA7控制，变频器可以调节工质循环泵的转速，近而改变循环工质的流量，因此可以用其来研究螺杆机的转速与机组发电量的关系，以及发电功率、螺杆机转速和转矩之间的关系，KM1则是用于工质循环泵的启停。另一条支路为电流经过相序保护器，然后流经电源指示灯和急停按钮，在分别经过继电器KA8和继电器KA9，KA8用于控制故障指示灯，KA9用于控制交流接触器KM1，最后在流经空气开关QF8和24V开关电源，开关电源可将220V交流电转为24V直流电供给监控模块使用。闭合QF6和QF7两条支路得电，其中一条支路继电器KA7得电闭合，变频器接通，当系统需要启动工质循环泵时，通过触控屏闭合KA9即可。另一支路接通，电源指示灯HL1点亮，当系统监测到系统存在故障时，继电器KA8闭合，故障指示灯HL2点亮，此时可直接按下紧急停止开关S0对系统进行保护，在该支路中，当相序保护器不工作时，整条支路断电且电源指示灯HL1也不会点亮。

系统的监控模块如图4-6所示，包括监控模块和触控屏模块，其中监控模块采用PLC，包括三个模块，分别为一个主模块和两个扩展模块，其中主模块用于采集变频器BPQ的故障信号和控制整个系统继电器的断开与闭合，其余两个扩展模块主要用于采集系统中电压传感器、电流传感器、温度传感器、压力传感器和流量计的实时数据，两个扩展模块将采集到的数据信息传输到主模块，然后主模块再通过RS485通信口将各个模块的所有数据信息传输给触控屏，最后通过触控屏可实现对整个光伏光热系统实时数据监测和控制切换系统的各种运行状态。

主模块通过DI数字输入接口，用于采集变频器的故障信号，即当该输入接口采集到变频器故障信号时，系统将自动断开继电器KA7停止其工作，从而对变频器进行保护。DO数字输出模块为所有的继电器供电，并同时控制每个继电器的通断，近而控制整个系统运转状态。另外的两个扩展模块用于采集所有的温度传感器、压力传感器、电压传感器、电流传感器和流量计的实时数据，最后两个扩展模块将数据信息传至主模块。主模块再通过RS485通信口反馈给触控屏，因此通过触控屏界面的实时数据显示即可实现对整个系统的实时监控，同时也可通过触控屏实现系统运行状态的自动切换，从而实现整个系统自动化。监控系统的PLC模块自带CPU，将写好的程序拷入芯片内，然后即可根据触摸屏指令或预设自动程序控制相关电气元件。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。