本發(fā)明屬于太陽能光電轉換、熱工設備、能源高效利用技術領域，具體涉及一種凍土埋管太陽能光電轉換蓄熱/蓄電伴熱系統(tǒng)。

背景技術：
在我國高山或高原地區(qū),由于常年溫度較低，潮濕的土壤呈凍結狀態(tài)，這種現(xiàn)象在氣象學上稱為凍土。有些地區(qū)的凍土常延至盛夏才能融化，向永久凍土層過渡，即至9月份未化完，而新的一年的凍土過程又開始。我國經夏不化的永凍土面積約有214.8萬平方公里，主要集中在青藏高原和大小興安嶺地區(qū)。凍土氣象對建筑、工程施工、交通運輸和農田水利建設都具有重要影響。在季節(jié)性凍土地區(qū)埋設輸油管道和自來水管等地下管道時，往往出現(xiàn)管道內流體結冰的問題和管道凍裂的危險。因此，在高原地區(qū)埋設自來水管一直是亟待解決的難題。據(jù)統(tǒng)計，2012年西藏和青海兩個省的自來水生產量均不到全國各省平均自來水生產量的10％。目前在高原寒冷地區(qū)供水通常是在采取單一的加熱或絕熱措施，或者深埋至凍土層以下，由于高原地區(qū)凍土層深度可達幾米至幾十米，采用深埋的方式會造成巨大的人力、物力的浪費。

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種凍土埋管太陽能光電轉換蓄熱/蓄電伴熱系統(tǒng)，包括基于高原凍土地區(qū)埋管流體特性的太陽能光電轉換系統(tǒng)、能夠實現(xiàn)熱量儲存和延時釋放的相變儲熱系統(tǒng)、根據(jù)溫度監(jiān)控實現(xiàn)蓄電和放電的能量儲存和延時釋放技術，以及集熱-發(fā)電-儲熱-放熱匹配設計技術。本發(fā)明的目的通過以下三個技術方案來實現(xiàn)。其一：一種凍土埋管的太陽能光電轉換蓄熱伴熱系統(tǒng)，在用戶端流體管道凍土埋深部分環(huán)繞有用戶端流體管道電加熱絲，并且周圍包裹相變材料儲熱保溫層，儲熱保溫層電加熱絲設置在相變材料儲熱保溫層內；采用太陽能光電轉換通過所述的用戶端流體管道電加熱絲和相變材料儲熱保溫層及內部的儲熱保溫層電加熱絲提供儲熱和伴熱所需的熱量，防止夜間管內流體凍結。其二：一種凍土埋管的太陽能光電轉換蓄電伴熱系統(tǒng)，在用戶端流體管道凍土埋深部分環(huán)繞有用戶端流體管道電加熱絲，采用太陽能光電轉換一方面通過用戶端流體管道電加熱絲提供伴熱所需的熱量，一方面將電能存儲到太陽能蓄電池；太陽能光伏發(fā)電器和太陽能蓄電池組成供電裝置；夜間的供電只由太陽能蓄電池完成。其三：一種凍土埋管的太陽能光電轉換蓄電主干管道伴熱系統(tǒng)，在凍土層內的流體主干管道上纏繞主干管道伴熱加熱絲，采用太陽能光電轉換一方面通過提供伴熱所需的熱量，一方面將電能存儲到太陽能蓄電池；太陽能光伏發(fā)電器和太陽能蓄電池組成供電裝置；夜間的供電只由太陽能蓄電池完成。本發(fā)明適應晝夜溫差較大的高原地區(qū)，根據(jù)流體供應特點，在有太陽光照的時間段，通過太陽能光電系統(tǒng)采集吸收太陽能，通過太陽能光伏發(fā)電，基于相變材料實現(xiàn)電加熱熱量晝間儲存和夜間釋放的延時性供熱，或基于蓄電技術和溫控技術實現(xiàn)間斷式通電伴熱保護，確保凍土層內埋設的流體管道實現(xiàn)全天候伴熱供應。本發(fā)明的有益效果是：利用高原地區(qū)充裕的太陽能資源，通過高效光電轉換技術、相變材料儲熱放熱技術、溫控蓄電-放電等一系列創(chuàng)新技術集成，保障高原凍土地區(qū)全天候供水。相比于現(xiàn)有簡單管道深埋或采用電網供電電加熱技術，本發(fā)明能夠大大減小凍土埋管埋設深度，降低工程施工成本，同時又能克服高原地區(qū)電力資源緊缺的現(xiàn)狀，在無供電線路的地區(qū)鋪設流體管道。該系統(tǒng)經過優(yōu)化匹配設計，在無需附加動力設備的情況下能夠實現(xiàn)各種高原凍土地區(qū)的流體供應，減少投入和運營成本，運行維護成本也將降低。附圖說明圖1為凍土埋管太陽能光電轉換蓄熱伴熱系統(tǒng)。圖2為凍土埋管太陽能光電轉換蓄電伴熱系統(tǒng)。圖3為凍土埋管的太陽能光電轉換蓄電主干管道伴熱系統(tǒng)。圖中標記：太陽能光伏組件1，支架2，太陽能光伏發(fā)電器3，導線4，主干管道伴熱加熱絲5，用戶端流體管道電加熱絲5-1，儲熱保溫層電加熱絲5-2，相變材料儲熱保溫層6，保溫層套筒7，用戶端流體管道8，流體主干管道9，凍土層10，太陽能蓄電池11，電路開關12，溫度探頭13。具體實施方式本發(fā)明適用于高原凍土區(qū)的流體管道保溫。下面結合圖1-圖3，對本發(fā)明的幾種實施例作具體說明：圖1為一種凍土埋管的太陽能光電轉換蓄熱伴熱系統(tǒng)，包括有太陽能光伏組件1、太陽能光伏發(fā)電器3、用戶端流體管道8、流體主干管道9、用戶端流體管道電加熱絲5-1、儲熱保溫層電加熱絲5-2、相變材料儲熱保溫層6。其中太陽能光伏組件1架設在支架2上，其采集的太陽能供太陽能光伏發(fā)電器3發(fā)電。流體主干管道9埋設在凍土層10內，流體由用戶端流體管道8引出。用戶端流體管道電加熱絲5-1環(huán)繞在用戶端流體管道8位于凍土層10內埋深部分，在用戶端流體管道8凍土埋深部分周圍包裹相變材料儲熱保溫層6，儲熱保溫層電加熱絲5-2設置在相變材料儲熱保溫層6內。相變材料儲熱保溫層6外圈套有一保溫層套筒7。所述的太陽能光伏發(fā)電器3通過導線4與用戶端流體管道電加熱絲5-1及儲熱保溫層電加熱絲5-2電連接。當白天溫度較高和有光照時，太陽能光伏組件1捕獲太陽能，通過太陽能光伏發(fā)電器3發(fā)電，所發(fā)的電一部分給纏繞在用戶端流體管道8進行加熱；一部分用來加熱相變材料儲熱保溫層6，將熱量傳遞給相變材料，相變材料融化，儲存熱量，所選的相變材料的凝固點高于管道內流體凝固點，使得流體管道內的流體不凍結(凝固)。夜間無光照和溫度較低時，相變材料儲熱保溫層6內的相變材料受冷凝固，釋放潛熱，保證流體管道附近區(qū)域介質不引起管道內流體結凍(凝固)。相變材料儲熱保溫層6由泡沫金屬和蠟質相變材料或相變溫度適宜的材料復合組成，既起到保溫作用，同時相變材料在凝固時能釋放大量潛熱，非常適合于熱量的儲存。流體主管道9由于一直有流體流動攜帶能量，非極低溫凍土層區(qū)域可不用伴熱管道。用戶端流體管道8由于夜間管內流體靜止，易發(fā)生凍結(凝固)，需進行伴熱保護。在上述凍土埋管太陽能光電轉換的儲熱伴熱系統(tǒng)中，所述的太陽能光伏組件1為現(xiàn)有的太陽能設備，包括光伏板、光電轉換裝置等。所述相變材料儲熱保溫層6置于上下開口的圓柱型保溫層套筒7中，其中保溫層套筒7的上開口直徑應等于或大于4倍用戶端流體管道8的管徑，下開口直徑應等于或大于2倍用戶端流體管道8的管徑。在系統(tǒng)安裝時，先將用戶端流體管道電加熱絲5-1纏繞于用戶端流體管道8上，將保溫層套筒7套在用戶端流體管道8之外，埋入地表下，最后在保溫層套筒7內填充儲熱保溫層電加熱絲5-2和相變材料儲熱保溫層6。所述的相變材料儲熱保溫層6內的相變材料是在泡沫金屬多孔材料中填充蠟質相變材料或其它相變溫度適合的蓄熱材料，既起到保溫作用，同時蠟質相變材料在凝固時能釋放大量潛熱，非常適合于熱量的儲存。圖2為凍土埋管的太陽能光電轉換蓄電伴熱系統(tǒng)，包括有太陽能光伏組件1、太陽能光伏發(fā)電器3、用戶端流體管道8、流體主干管道9、用戶端流體管道電加熱絲5-1、太陽能蓄電池11。其中太陽能光伏組件1架設在支架2上，其采集的太陽能供太陽能光伏發(fā)電器3發(fā)電。流體主干管道9埋設在凍土層10內，流體由用戶端流體管道8引出。用戶端流體管道電加熱絲5-1環(huán)繞在用戶端流體管道8位于凍土層10內埋深部分。所述的太陽能光伏發(fā)電器3與太陽能蓄電池11連接，白天光照條件充足的情況下，太陽能光伏發(fā)電器3的電能一部分對流體管道進行伴熱供應，剩余部分電能采用蓄電池11進行儲存，夜間和溫度較低時，采用蓄電池11所蓄電量對電加熱絲進行通電伴熱，防止夜間管內流體凍結(凝固)。太陽能光伏發(fā)電器3和太陽能蓄電池11組成供電裝置；所述的供電裝置通過導線4與用戶端流體管道電加熱絲5-1電連接。與圖1所示的太陽能光電轉換蓄熱伴熱系統(tǒng)在電路上不同的是：所述的供電裝置與用戶端流體管道電加熱絲5-1之間設有一溫度控制開關系統(tǒng)。該溫度控制開關系統(tǒng)由電路開關12和溫度探頭13組成，溫度探頭13埋入用戶端流體管道8附近，電路開關12設置在導線4上，控制電路的通斷。溫度探頭13監(jiān)控用戶端流體管道8附近土壤溫度，當土壤溫度比流體凝固點溫度低3℃(或更高溫差)時，電路開關12接通，給用戶端流體管道加熱絲5-1通電加熱，防止管道內流體結冰(或凝固),當溫差小于3℃時，切斷電路，節(jié)約能源。夜間的供電只由太陽能蓄電池11完成。圖3為凍土埋管的太陽能光電轉換蓄電主干管道伴熱系統(tǒng)，與圖2實施方式類似，它包括有太陽能光伏組件1、太陽能光伏發(fā)電器3、用戶端流體管道8、流體主干管道9、太陽能蓄電池11。其中太陽能光伏組件1架設在支架2上，其采集的太陽能供太陽能光伏發(fā)電器3發(fā)電。流體主干管道9埋設在凍土層10內，流體由用戶端流體管道8引出。與圖2的系統(tǒng)所不同的是，作為伴熱設施，其主干管道伴熱加熱絲5不是設置在用戶端流體管道8上，而是纏繞在凍土層10內的流體主干管道9上。所述的太陽能光伏發(fā)電器3與太陽能蓄電池11連接，白天光照條件充足的情況下，太陽能光伏發(fā)電器3的電能一部分對流體管道進行伴熱供應，剩余部分電能采用蓄電池11進行儲存，夜間和溫度較低時，采用蓄電池11所蓄電量對電加熱絲進行通電伴熱，防止夜間管內流體凍結(凝固)。太陽能光伏發(fā)電器3和太陽能蓄電池11組成供電裝置；所述的供電裝置通過導線4與主干管道伴熱加熱絲5連接。供電裝置與主干管道伴熱加熱絲5之間設有一溫度控制開關系統(tǒng)。該溫度控制開關系統(tǒng)由電路開關12和溫度探頭13組成，溫度探頭13埋入流體主干管道9附近，電路開關12設置在導線4上，控制電路的通斷。溫度探頭13監(jiān)控流體主干管道9附近土壤溫度，當土壤溫度比流體凝固點溫度低3℃(或更高溫差)時，電路開關12接通，給主干管道伴熱加熱絲5通電加熱，防止管道內流體結冰(或凝固),當溫差小于3℃時，切斷電路，節(jié)約能源。與圖2所示的實施例相同，本系統(tǒng)夜間的供電也只由太陽能蓄電池11完成。此系統(tǒng)是根據(jù)主干管道附近凍土層溫度對其進行間斷式伴熱，防止處于凍土層的主干管道內流體凍結(或凝固)，可減小主干管道埋設深度，降低工程施工成本。在以上的三個實施例中，所述的太陽能光伏發(fā)電器3放置于配電箱內，配電箱放置于太陽能光伏板下，可防止日曬和雨淋。本發(fā)明適用于晝夜溫差較大、太陽能資源豐富的高原地區(qū)，根據(jù)凍土層地區(qū)埋管內流體供應特點，通過太陽能光伏發(fā)電，基于相變材料實現(xiàn)熱量晝間儲存和夜間釋放的延時性供熱，或基于蓄電技術和溫控技術實現(xiàn)間斷式通電伴熱保護，確保凍土層內埋設的流體管道實現(xiàn)全天候伴熱供應。當結合附圖考慮時，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點，但此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定，以上所述為本發(fā)明的實施例，本發(fā)明的保護范圍不局限于此，任何基于本發(fā)明技術方案上的等效變換均屬于本發(fā)明有效保護范圍之內。