pvt光伏光热系统结合地源热泵应用性探究

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1、PVT光伏光热系统结合地源热泵应用性探究　　摘要：基于PVT系统存在太阳能间歇性，无法保证光热转换连续进行的特点，以及存在集热后太阳能电池背板温度过高，导致电池板光伏发电效率下降的缺陷。采用地源热泵与PVT系统相结合，解决了单纯PVT系统在日照不充足情况下热量不能连续稳定供应的问题，提高了系统的热能利用率。同时系统采用定温加热、温差循环技术，有效降低了太阳能电池背板的温度，提高了太阳能电池的光伏发电效率和地源热泵的工作效率以及系统在不同工况下连续运行的可靠性和稳定性。关键词：地源热泵；PVT；应用研究；定温加热中图分类号：TN911?34；TK51

2、9文献标识码：A文章编号：1004?373X（2013）22?0168?030引言9地源热泵是一种利用浅层地热资源，依据逆卡诺循环工作原理，既可供热又可制冷，能实现蒸发器与冷凝器功能转换的设备。它利用浅层地表一年四季温度均相对稳定的特性，通过输入较少的高位能电能，实现热能从低温向高温的转移，并取得较多的热能[1]。热泵机组冬季把热量从地下取出来供给室内，此时土壤作为热泵机组的“热源”；夏季把室内热量取出来释放到地下，此时土壤作为热泵机组的“冷源”。和其他电加热、燃料燃烧加热等传统加热方式比较，它从地下环境吸取热量传递给高温物体，将低位热源输送到高温

3、热源，只需供给少量高位能就可以高效地从周围环境提取低位能，是一种高效节能、无污染、可再生、可持续发展的能源先进利用形式。对节约常规能源、缓解大气污染和温室效应具有积极的作用[2]。1目前PVT系统存在的问题PVT系统是集太阳能光伏发电和光热为一体的系统称为太阳能光伏光热联产系统，简称PVT。它包含光伏（PV）与光热（PT）两部分，其集太阳能电池和太阳能集热器于一体，利用光生伏特效应，使光能转化为直流电，再经过逆变器转化为工频交流电供人们使用，通过电池板发电得到电收益。同时将太阳能电池板光电转换过程中产生的部分热能，通过热交换收集起来，不断被转化出来

4、的热量加热热水，供人们使用，从而实现PVT系统的热电联供[3]。9PVT系统通常包括：PVT组件、汇流箱、逆变器、纯水箱、板式换热器、蓄热水箱。其中PVT组件是其核心内容，包括：玻璃盖板、电池板、集热器、导热硅脂层、水管、绝热层等。在玻璃盖板与电池板之间设有空气层，以便减少电池板正面的热损失。导热硅脂层强化了电池板与集热器之间的传热，绝热层减少了集热器背部的热损失。水管均匀安装在集热器上，保证水管内的温度一致，蓄热水箱储存吸热后的热水[4]。PVT集热器产生的热量温度一般在30～60℃，适用于家用热水、采暖和其他对低温热量有大量需求的公用、民用或工

5、业领域[5]。考虑到电能是高品位能量，热能是低品位能量，首要目的是设法提高光伏发电效率，获得更多的电能，以缩短发电系统投资回收期。同时获得的热能作为副产品，能产生一定量的热水。但是PVT系统在阴雨天气及晚上等日照不充足的时间，存在无法全天候保证光热转换的问题，导致热水供应无法连续进行，同时集热后太阳能电池背板温度过高，造成电池板光伏发电效率下降，影响光伏发电系统的工作[6?7]。2地源热泵?PVT系统2.1系统工作原理9地源热泵?PVT系统则实现太阳能与地源热泵的综合利用，地源热泵与太阳能相结合具有很好的互补性[8]。太阳能可以提高地源热泵的进液温

6、度，提高运行效率；地源热泵可以补偿太阳能日照影响的间歇性[9]。系统利用太阳能作为蒸发器热源，将地源热泵和PVT系统有机结合在一起，在阴雨天及夜晚，地源热泵作为加热系统的辅助热源，全天候工作提供热水或热量，能有效的解决在阴雨天及夜晚等日照不充足的情况下，PVT热水供应不稳定不连续的问题[10]。对太阳能系统来说集热器表面温度越低，越有利于提高太阳能光伏发电效率，地源热泵?PVT系统能够及时带走电池板背板的热量，调节电池板的温度，提高太阳能电池板的发电效率。而集热器吸收的热量同时作为地源热泵的低温热源，提高了地源热泵的供热性能和工作效率[11?12]

7、。2.2系统构成及优点图1是地源热泵?PVT系统的示意图。整个系统主要由太阳能集热器、地源热泵压缩机、蒸发器、冷凝器、蓄热器等组成。液态工质在蒸发器内吸热后变为低温低压过热蒸汽，在地源热泵压缩机中经过绝热压缩后变为高温高压气体，再经冷凝器定压冷凝为高压中温的液体，放出工质的气化热，与冷凝水进行热交换，使冷凝水被加热为热水并存储在蓄热器中，供用户使用。地源热泵?PVT系统的设计过程中，将太阳能集热器与热泵蒸发器合二为一，太阳能集热器与热泵联合运行，使太阳能集热器在低温下收集热量，再由热泵装置升温给供热系统，循环工质在太阳能集热器与蒸发器中直接吸热蒸发

8、，节省了换热设备，简化了系统结构。9在正常情况下，太阳能采用定温加热方式。在光照充足条件下，当太阳能集热器内水温达到设定水