太陽能光伏光熱

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太陽能光伏光熱太陽能光伏光熱（PVT）組件及系統技術應用案例，建築能耗已占我國社會終端能源消耗總量近1/3，並隨着人們生活水平的提高以及城市化進度的加速，該比例將持續攀升，是未來我國最具有節能潛力的領域之一。

目錄

一、背景

各類建築均是太陽能資源利用的良好載體，通過合理布置太陽能利用裝置，可實現建築的供電、供熱、製冷、熱水等需求供應，極大程度上減少常規建築電力和化石能源消耗，從而達到綠色近零能耗的低碳建築目標，推動我國社會能源結構轉型。基於太陽能光伏光熱（PVT）組件的分布式熱電能源系統能夠很好的滿足建築用能需求，具有廣闊的應用前景。

太陽能光伏光熱（PVT）組件根據集熱介質的不同可分為水、空氣、製冷劑等為工質的PVT組件。太陽能PVT熱泵系統可分為間接式和直接式。太陽能光伏光熱組件可以實現太陽能光電光熱綜合利用，是提高太陽能綜合利用效率的有效方法，且其設計靈活，可以應用在不同的情形中，達到高效節能的運行效果。以水、空氣等顯熱集熱方式的PVT組件存在集熱、發電效率低，溫度均勻性差等問題，主要用於間接式太陽能PVT熱泵系統；而以製冷劑等潛熱集熱方式的PVT組件存在流動分配不均勻，溫度均一性較低等問題，主要用於直膨式太陽能PVT熱泵系統。因此針對不同系統需進行優化設計，解決以上問題從而實現系統高效的熱電聯產。可有效提高能源結構中可再生能源占比，實現綠色節能低碳的熱電輸出。

二、應用案例

1. 項目概述

所開發的高效均流低阻的太陽能光伏光熱（PVT）組件已成功應用於中型太陽能PVT熱泵熱電聯產系統，實現屋頂光伏光熱綜合利用，達到高效熱電輸出。以上海地區屋頂太陽能PVT熱泵系統為例，該示範系統採用10P熱泵主機匹配24片太陽能光伏光熱組件，發電功率達8kW，集熱功率達44kW，系統COP（性能係數）達6以上，並輸出55℃以上熱水。在輻照條件良好的工況下，採用的太陽能光伏光熱組件相比於單一的光伏組件，工作溫度降低達30℃以上，有效提高發電效率達10%以上。

2. 主要效益

（1）提高分布式光伏電站的發電收益：採用太陽能光伏/光熱技術，可有效提高光伏組件的發電效率，在目前分布式光伏電站的基礎上，提高10%左右的電力收益，改善整體系統的經濟性。

（2）提高太陽能綜合利用技術水平：目前太陽能分布式應用主要由屋頂光伏和屋頂光熱兩種形式，甚至在屋頂面積不足的情況下，存在光伏和光熱爭屋頂面積的窘況。採用太陽能光伏/光熱技術，可實現光伏和光熱的同時綜合利用，大幅提高太陽能綜合轉換效率，同時屋頂可實現發電和供熱聯產，提高了建築屋頂利用率。

（3）有助於城市能源結構轉型：不僅可在既有的光伏電站基礎上進行改造，也可以新布置光伏/光熱組件，從而提高城市太陽能綜合利用率，實現光伏分布式能源技術升級和效益提升，進而提高可再生能源（尤其是太陽能）在社會能源結構中的占比，推動城市能源結構轉型。

（4）減碳能力顯著：太陽能PVT熱泵系統的減碳能力顯著，在滿足一戶居民用電用熱需求的情況下，相較於傳統市電+電加熱的模式，可減少可減少88.59%的CO2排放量。採用該系統後，單戶年均CO2排放量僅為0.57噸。此外，太陽能PVT組件相比於傳統的光伏組件，其固碳能力得到大幅提升，在全生命周期下，一平米PVT固碳能力為3.1噸，較傳統光伏組件提高53.2%

三、技術要點

1. 光伏光熱組件熱效應及電效應的能量耦合特性。

闡明光伏光熱組件結構內的相互熱影響機制，深入分析光伏光熱組件內部產熱機理及集熱器高效集熱方式。此外，針對性的建立了評價體系，用於評估太陽能光伏光熱組件的性能，包括動力學評價指標：分流均一性、板內壓力損失、失速區比例；熱力學評價指標：集熱效率因子、熱遷移因子、表面溫度均一性。

2. 光伏光熱組件的高效熱電聯產機制。

提出光伏光熱組件熱調控方法，實現光伏組件的有效溫度控制，可大幅降低光伏組件工作溫度從而提高發電效率。此外，提出吹脹式集熱器單元化流道結構設計和組合方法，用於優化太陽能光伏光熱組件的集熱、發電、以及流動性能。採用分區設計冷卻結構方式，優化流道內流量分配情況。

3. 太陽能PVT熱泵的動態控制策略。

開發基於神經網絡的動態預測和控制策略，根據所分析的環境條件如輻照強度、環境溫度、風速等，進行系統動態性能的預測，從而提前調節系統運行參數，達到最高的集熱、發電效率。

四、應用前景

2021年15部門聯合發布的《住房和城鄉建設部等15部門關於加強縣城綠色低碳建設的意見》指出「加強縣城綠色低碳建設，是貫徹新發展理念、推動縣城高質量發展的必然要求」。太陽能光伏光熱（PVT）組件及太陽能PVT熱泵熱電聯產系統，在建築節能領域有極大的貢獻，在全國推廣可再生能源利用的背景下，該系統可有效滿足居民用電用熱需求。並且該系統節能、減碳能力顯著，綠色節能高效地提供高品位熱能和電力，有效緩解我國碳排放壓力，為我國雙碳政策的落實提供具有前景的技術方案。