“双碳”目标下PVT技术在居民光伏中的应用

“双碳”目标下 PVT技术在居民光伏中的应用

张建华 1

1 杭州数元电力科技有限公司 浙江 杭州 310000

摘要：居民分布式光伏发电，一般是安装在居民建筑屋顶的光伏发电项目，采用“自发自用、余量上网”模式，具有靠近用户、输电成本低、对电网影响小、选址灵活、应用范围广等一系列优势，是我国着力推广的未来电力生产方式之一。在“双碳”目标下，结合居民实际需求，将太阳能热电联用技术（PV/T系统）应用于居民分布式光伏发电项目，是居民分布式光伏发电的另一种创新与尝试。

关键词：“双碳”目标、分布式光伏发电、PV/T系统

0引言

3月12日，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》全文发布，其中要求构建现代能源体系。加快发展非化石能源，坚持集中式和分布式并举，大力提升风电、光伏发电规模，非化石能源占能源消费总量比重提高到20%左右。

居民光伏是分布式光伏的重要组成部分，如果提高居民光伏的普及率，结合居民实际情况，提供整体能源解决方案，提高光伏发电效率，降低居民能源使用成本是急切且必要的。

1居民光伏现状及PVT系统

我国光伏产业的发展已经从集中式向分布式转换，户用光伏在补贴支持的情况下实现了大幅增长，截至2020年底，我国户用光伏装机累计只有20GW，大部分是简单的PV系统，而且由于居民屋顶的形状限制以及投资限制，大部分的居民光伏未考虑对建筑美观度的需求。

光伏光热综合利用技术又叫太阳能电热联用技术（PV/T系统），此技术将光伏电池组件和太阳能集热器结合起来，光伏电池组件作为集热器的吸收体，同时将太阳能转化成电能和热能，以提高系统对太阳能的总利用率。

PV/T 产品的核心部件为可安装在单晶硅或多晶硅光伏板背后、将光伏板发电时产生的热量吸收下来的新型 PV/T 换热器。

研究表明，每上升1℃，单晶硅太阳能电池的效率降低0.3%-0.5%，多晶硅太阳能电池效率降低约为0.4%^[1]。

由此可见，该系统既可以通过冷却将光伏板发电时的温度降下来使得光伏发电效率得以明显提高，又可以将转换出来的热量直接加热水箱里的水，在成本增加不多的情况下，实现了光伏系统价值的提升。

图1 PV/T系统原理图

2居民光伏光热联用技术（PV/T系统）技术方案

项目地点为杭州市某别墅，总装机容量为5.5kW，由光电系统和冷却系统组成。光电系统由12块普通250Wp多晶硅光伏组件及10块250Wp的PVT组件组成。在10块PVT组件当中，有6块PVT组件用于水介质泵循环系统，利用原有太阳能热水器的水箱将水先进行预热；4块PVT组件用于光伏空气源热泵机组的蒸发冷却。

冷却系统由水介质泵、循环管路、空气源热泵等组成。PV/T模块通过导热性性能良好的硅脂将循环管路与光伏组件背板紧密粘结在一起，并通过支架进行固定^[2]。光伏组件受太阳光照射进行光电转换时产生的热通过循环管路对换热介质进行预热。

项目配置一台功率为1匹水箱为100升的一体式光伏空气源热泵（能效比大于5）。该系统发电效率高于普通光伏发电系统，同时可对生活热水进行预热，降低居民热水制备能耗。

图2 项目设计方案

图3 PVT系统现场图

3经济性分析

（一）发电收益

该系统总装机容量为5.5KW，根据杭州地区年发电利用小时数1100小时估算，5.5KW的一般光伏发电系统年发电量约6050kWh，但是采用PVT技术后，能有效的降低PV组件发电时的温度，提高发电效率约为10%，年发电量可达6655kWh。按照国家补贴0.42元/kWh，电费按杭州地区居民平均电费计（峰谷平均，0.7元/度）计算，两者合计发电部分全年的收益合计为6776元。

发电收益：5.5kW*1100小时*1.1*（0.42+0.7）=7453.6元

（二）制备热水收益

该系统每天可制备温升40℃的热水300升，耗电1.6kWh，成本为1.12元。按城市热水40元/吨计，收益为12元。则每天实际热水收益为10.88元。制备热水部分全年的收益为3971.2元。

制备热水收益：（12-1.12）*365=3971.2元

本PVT系统的总造价约为8万元（含原太阳能热水系统的工作站和水箱合计为2000元）。

则该PVT系统整体的投资回收期为：

投资回收期=80000/（7453.6+3971.2）=7年

4小结

随着我国光伏产业的的快速发展，开发和利用可再生能源是大势所趋。纵观全球光伏产业发展较好的美国、德国、日本等国家，它们的新增装机容量基本上都集中在家庭用户，世界环境形势和国家能源政策决定了我国发展居民光伏发电的必然性和可能性。然而，如何更好的推广光伏发电技术在居民中的应用，除了政府的政策支持外，还需要不断发展我国的光伏发电技术。通过太阳能电热联用技术（PV/T系统）在居民家庭中的成功应用，提高光伏发电效率，减少居民用能成本，同时结合用户对建筑的美观要求，将为居民光伏的发展提供一条新的思路。

5展望

项目对PV/T系统在居民光伏市场的应用及经济性展开了研究，后续可通过光伏监测系统，将安装PV/T系统的光伏发电数据与普通的PV系统的发电数据进行对比，进一步对PV/T系统对光伏发电效率的提高展开研究。

参考文献

[1] 陈金峰，代彦军.建筑构建化太阳能光伏/光热（PV/T）器件及其在建筑中的应用[J].建设科技.2015(8):53-55.

[2] 赖宇宁，宋记锋，李建昌等.利用PVT组件降低热斑效应危害的研究[J].科技资讯.2015(20):64-65.