太阳能PVT热电联供系统应用技术介绍

协鑫集成：太阳能PVT热电联供系统应用技术
专家推荐理由：PVT光伏光热一体化兼具发电和集热双重功能，提高了太阳能综合利用效率，同时满足用户电、热双重需求，是太阳能高效利用的创新技术。

（1）技术背景、行业痛点难点

太阳能常见应用包括光伏和光热两大类，光伏一般指光伏发电，如光伏电站，光伏转换效率20%左右，80%左右太阳能资源浪费。光热一般指对太阳能热利用，如太阳能热水器。光热转换效率40%左右，60%左右太阳能资源浪费。两大类应用对应各自不同的技术路线和不同的产品类型，不能充分利用太阳能资源。

行业痛点难点：1）电力需求与热力需求的问题，光伏发电不是用户刚需，用户的用热需求，如热水、采暖是用户刚需，但过去太阳能热水器存在夏天水温过高不可控，冬天水温达不到必须加电辅热的情况，热效率相对较低。2）分布式光伏的大面积应用，使得屋顶资源越来越宝贵，光伏发电和太阳能热水器相互占用屋顶空间，造成屋顶资源浪费。3）市场端与产品供应端，光伏与光热分属两个不同领域、不同维度、不同赛道，需在技术创新使光伏与光热合二为一。4）空气的热泵将空气热源作为唯一热源，其翅片蒸发器面积、冷媒流量、压缩机压缩比、对流风机的匹配性达到极限，空气源能效比的提高达到极限，现在空气源能效比在3.5-4.0左台，在极端寒冷气候时能效比更低，热泵主机超负荷运行。

（2）解决的核心问题

1）新型PVT组件结构有别于过去常规PVT组件的冷粘连结构，采用先进光伏层压工艺一体成型，交联技术使层间结构密封更好、粘连更牢固，提高导热效率和组件寿命。

2）开发适配于外挂式蒸发器的太阳能热源主机，较空气源热泵主机增加太阳热辐射、发电废热、提高蒸发温度等手段，从而提高热泵主机能效比，同样工况下，太阳能PVT热泵主机较空气源热泵主机能效提高一倍。

3）通过冷媒带走PVT组件发电期间表面热量，降低温度，提高光伏发电量，按照温度与发电量系数-0.40%/℃，全年实测提高7%-15%发电量。

4）PVT光伏光热一体发兼具发电和集热双重功能，解决了太阳能综合利用效率更大的问题，同时一体两用解决用户电、热双重需求，全生命周期建筑屋顶资源得到充分利用。

5）对于离网供电和离网供热型建筑，PVT热电联供系统通过系统设计满足建筑自身用电负荷和用热负荷，减少对供电线路和天然气管网的基建支出。

（3）主要技术原理

太阳能PVT 热电联产系统结合光伏发电和空气源热泵供热优势，充分发挥和利用国家风光电和清洁供暖政策，具有清洁、高效、节能和经济的特点。

系统主要由PVT 组件、热泵主机、水箱、太阳能逆控一体机等组成，关键设备是PVT 组件，正面是光伏板，与传统光伏组件并无区别，背面是集热板，用于采集热量及导热工质循环传送热量。

光伏发电原理，太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。

热泵系统原理，按照“逆卡诺”原理工作的，逆卡诺循环原理。通过压缩机系统运转工作，吸收空气中热量制造热水。具体过程是：压缩机将冷媒压缩，压缩后温度升高地冷媒，经过水箱中的冷凝器制造热水，热交换后的冷媒回到压缩机进行下一循环，在这一过程中，空气热量通过蒸发器被吸收导入冷媒中，冷媒再导入水中，产生热水。系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀阀组成，PVT光热组件相当于蒸发器。

光伏与热泵系统耦合原理，在太阳能电池发电过程中，利用工质带走多余热量，在蒸发器(PVT组件)和冷凝器（水箱）之间形成换热，降低组件表面温度提高发电量和集热量，同比发电量增加高于10%，同比常规集热板热量增加20%-30%。同样的安装面积，实现正面发电，背面传热，系统可以供生活热水、建筑采暖、工业用水等使用，产生的电能可自发自用、余电上网，形成能高效热电联产系统。适用于户用热水、户用采暖、宿舍供暖、学校教室供暖、印染厂热水、烘干用热等。

组件的制造工艺较高，项目团队由专业的光伏组件厂与上海交通大学组成，目前已经攻克了关键难题，取得了国家专利，技术处于国内领先地位。
从下图可看出PVT热电联供系统包括光伏系统和供热系统两部分，其中PVT组件和适配的太阳能PVT热泵主机为关键核心设备。