浅析太阳能光伏光热（PV/T）技术在建筑节能的应用情况

浅析太阳能光伏光热（PV/T）技术在建筑节能的应用情况

刘俊杰

山东电力建设第三工程有限公司山东省青岛市266100

摘要：当前我国能源的供需矛盾日益突出，资源环境承载的压力逐渐增大。太阳能是一种理想的可再生能源，它对环境友好，且储备量大，是未来发展的趋势。现阶段，太阳能光伏光热（PV/T）技术发展迅猛，在建筑节能领域的潜力空间巨大。本文就太阳能光伏光热（PV/T）技术在建筑节能的应用情况进行了深入研究，以期能够促进太阳能光伏光热技术在建筑领域的推广普及。

关键词：太阳能光伏光热（PV/T）技术；建筑节能；应用

前言

自20世纪90年代开始，我国经济步入了高速发展阶段，与此同时，我国建筑业也得到了蓬勃发展。值得注意的是，与之相对应的是我国能源消费亦是增长迅猛，据统计，一次能源消费总量1999年为14.06亿吨标煤，2014年就增加到了42.60亿吨标煤，比当年的北美洲合计消费总量还要多，约为欧盟消费总量的2倍。在如此庞大的能源消费总量中，建筑能耗所一直居高不下，约占社会总能耗的三分之一。面对这一问题，我国提出以促进节能减排、改善生态环境，建设低碳环保型的绿色生态城市为目标，大力倡导可再生能源的使用，同时确定了建筑节能将是我国长期的发展战略。

1太阳能技术的优势

与核电、水电、风电以及生物能发电等可再生能源的利用相比，太阳能因其具有安全、无噪声、利用限制小、方便灵活等优点，在近年来得到了显著发展。此外，其他可再生能源的应用基本上都局限于电站发电，而太阳能是唯一可以直接应用于建筑物的可再生能源，且可以多种应用形式与建筑结合，是最适用于建筑节能减排的能源形式，在降低建筑能耗方面有着无可比拟的优势。

2太阳能光伏光热（PV/T）技术

2.11PV/T集热器简介

光伏/光热集热器又可以称为PV/T集热器英文名称为photovoltaic－thermalcollectorPV/T集热器是太阳能光伏光热技术的核心。由Kern和Russell于1973年提出，通过层压或胶粘技术将太阳电池（或组件）与太阳能集热器结合起来。当集热器受太阳辐射后，温度升高能达到40～60℃，可以应用于生活热水、供暖或者对低温热量有需求的建筑中。

常用的PV/T集热器按照冷却介质的不同可以分为3类：风冷式、水冷式和冷剂式。典型的风冷式PV/T集热器是将太阳电池与吸热板之间的空腔为风道，吸热板经太阳辐射后温度升高，风道中流体吸收热量后受热压或者在风压驱动下形成循环。通过不断的研究和实验，人们发现太阳能电池板的表面温度升高时其发电效率降低。有实验表明，当温度升高1℃，太阳能电池板的发电效率下降约0．5%。因此，PV/T集热器中加入循环流体，既可以冷却太阳电池提高其发电效率，又可以回收热量综合利用。

2.2光伏光热综合利用

光伏光热（PV/T）的综合利用主要是指太阳能板一方面不仅发电，另一方面还将光伏板产生的废热收集起来以达到光伏光热的综合利用。与传统的太阳能产业相比，不只是单一的光伏发电或单一的太阳能热量利用。通过在电池组件背面铺设流道，利用流体的流动带走热量降低电池温度，不但提高光电转化效率，还可以额外提供热量，如生活热水或地暖等，这种系统称为光伏光热的综合利用，简称为PV/T系统。

3建筑节能中太阳能光伏光热（PV/T）技术的应用

3.1太阳能光伏光热组件与双源热泵一体化系统应用

（1）工作原理介绍

以某地区的分布式太阳能光伏光热组件与双源热泵一体化系统为例，主要由光伏光热一体化组件、集热泵、水箱1（500L储热水箱）、循环泵、双源热泵机组、加热泵、水箱2（200L供热水箱）等主要部件组成。

该系统有2个水箱、2个蒸发器（分别是水冷蒸发器和风冷蒸发器）。其中储热水箱1可以降低光伏光热组件背板温度，提高发电效率，并为供热水箱2进行预热。供热水箱2则主要用于给建筑提供生活和环境用水。在太阳辐照度较好时，储热水箱1内水的温度足够满足制取热水所需要的热量，水冷蒸发器开始工作，吸收水路管网中循环水热量制取生活热水。在阴雨天无太阳能热量利用时，储热水箱1内水温过低，不足以提供制取热水所需热量，风冷蒸发器开始工作，吸收室外空气源热量制取生活热水。但2个蒸发器不能同时工作，即该机组运行工况下只能利用单一热源制取热水。

（2）双热源热泵机组的节能性分析

依然以此地区为研究背景，通过查询本市典型气象参数资料和相关文献，得出全年约有290天太阳能电池板背板温度超过25℃，此时借助双源热泵机组带走光伏光热组件的热量。不仅在降低光伏光热板温度的同时提高了发电效率，还利用了太阳能高效地制取生活用热水，达到双重节能效果。

在冬季的3个月份中（12月、1月、2月）太阳能光伏光热板温度超过15℃的天数比例约为67.7%、57.2%、77.8%，即使是在最寒冷的1月，光伏光热板温度超过15℃的天数也有将近18天。在这18天当中，机组都可以利用太阳能较高效的制取生活用热水，同时空气源热泵在较低温度下运行需除霜的问题也能得到解决。

在阴雨天太阳能热量不足或太阳辐照度较低时，可以开启空气源模式运行机组。这样，既可以在最大程度上发挥机组的节能性优势，也能保证常年供应生活用热水。

3.2光伏光热建筑一体化

太阳能光伏光热建筑一体化又称BIPV/T（BuildingIntegratedPhotovoltaic/Thermal），是在“建材型”光伏建筑的基础上，通过在光伏组件背面使用水冷或风冷的方式为组件降温的方式，在光伏系统发电的同时为建筑提供热水或供暖，是“零能耗建筑”的技术保障。光伏组件在工作时会放出极大的热量，这些热量将导致太阳能光伏组件的发电效率随组件温度升高而降低。BIPV/T不但解决了这个问题、改善了BIPV的发电效率，同时还以水或空气为吸热介质将这些热量进行收集，为建筑提供热水或用来改善室内热环境，极大提高了太阳能的利用效率。

何伟、季杰，建立光伏光热建筑一体化（BIPV/T）的理论模型，在其模型的基础上利用香港的典型年气象数据对BIPV/T系统的热性能进行计算分析。研究表明，光伏光热建筑墙体的温度升高的现象有所降低，并且改善建筑室内的空调负荷分布状况，建筑的节能效果显著提高。

BIPV/T目前尚处于研究试验阶段，建筑本身与光伏、光热设备的使用寿命间的较大差异造成的设备更换、光伏和光热系统的规划与建筑之间的协调与设计等难题也须得到解决。

4结束语

太阳能利用对调整能源结构、保护生态环境有着极其重要的意义，是我国可持续发展的重要能源保障。尤其是，太阳能光伏光热利用可以与建筑相结合这一特点使得太阳能技术表现出其他能源所无法比拟的发展前景。为大力实施我国新能源建筑应用，促进节能减排，改善生态环境，推动新能源应用技术及产业快速发展，促进我国可再生能源在建筑中的发展及创新，我们仍需要做出更多的努力：

（1）明确太阳能光伏光热系统研发方向和推广应用目标，鼓励支持和大力推广与热泵技术相结合的建筑节能系统，进一步提高新能源利用率。

（2）组织开展太阳能光伏光热与建筑一体化示范活动，选择有代表性的新建和既有建筑实施应用示范。通过试点示范，跟踪国内外的发展动态，总结经验，稳步推进。

（3）建立配套政策体系，形成企业主体、政府引导、市场驱动的推广机制和模式，加快太阳能光伏光热系统推广应用。

参考文献

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