建筑节能新方向:太阳能光伏-地源热泵系统

随着经济的发展, 对能源的需求越来越大, 各种能源价格不断上涨, 人们开始将目光向节能技术以及新能源的应用方面转移。建筑节能属于节能研究中的重点研究方向, 现阶段对太阳能光热技术、地源热泵技术等的研究已经取得了巨大的突破和进展, 将太阳能光伏-地源热泵系统应用在建筑领域中, 可以满足夏季制冷以及冬季采暖需求, 节约能源费82%左右, 很大程度上降低了建筑物的能耗, 在建筑行业有着非常广阔的应用前景。

一、太阳能光伏与地源热泵

(一) 太阳能光伏发电

太阳能属于可再生资源, 现阶段的研究内容有三个方面, 光热转换、光电转换以及光化学转换。太阳能光伏技术指的是借助太阳能发电, 这种发电方式不需要消耗矿物燃料等能源, 在使用过程中不会产生污染, 安全、经济, 应用价值非常高。

太阳能光伏技术, 借助太阳能电池板来完成对太阳能的接收, 再转化为电能进行使用。转化出电能后, 将电能储存在蓄电池中, 由蓄电池来持续供电。太阳能电池板本身只有发电功能, 将太阳能转化为直流电, 可以直接满足直流电器的用电需求, 另外, 还能借助逆变器, 将直流电转化为交流电, 提供交流电器所需要的电能, 也可以通入电网满足更多用户的需求。

太阳能光伏发电过程稳定性无法得到保证, 在很大程度上受到光照强度以及光照时间的影响, 同一个地点, 不同时间点的光照强度不同, 不同季节光照强度也不一样, 夏季光照强度往往高于冬季。另外, 还受到昼夜交替变化影响, 表现出一定的间歇性, 要想实现稳定的供电, 就需要配备蓄电池等储能装置, 因为输出的一般都为直流电, 需要使用交流电时, 还需要借助逆变器等设备。

(二) 地源热泵

热泵可以完成热量从低位热源向高位热源的流动, 根据工作形式, 可以分为压缩式、喷射式、化学热泵等多种形式, 另外, 根据其冷凝温度还可以分为四个等级, 冷凝温度在50℃以下的, 为常温热泵, 50-80℃为中温热泵, 80-100℃为中高温热泵, 超过100℃就属于高温热泵。

热泵装置可以充分利用各种热源, 比如说水、空气。地源热泵系统借助水等循环液, 通过在密封管道中的流动, 实现热量的传递。在冬季, 流体将地下的热量吸收后通过循环流动带向室内, 提高室内温度, 在夏季, 将室内热量带向地下, 实现室内降温。地源热泵系统以大地作为制冷、制热源, 在热量传递过程中不需要抽取地下水资源, 有着高效、节能、舒适的特点, 另外安装施工非常简单, 运行过程的维护方便, 具有非常广阔的应用前景。

二、太阳能光伏热泵系统 (SAHP)

SAHP系统有两种类型, 一种是间接式SAHP系统, 太阳能集热器以及热泵循环系统分开运行, 两者之间不存在干扰和直接联系, 太阳能集热器所吸收的热量以间接转换的方式为热泵供应热源。直膨式SAHP系统, 将太阳能集热器和热泵蒸发器结合在一起, 吸收太阳能直接作为热泵的热源。

太阳能集热器和热泵蒸发器结合在一起可以形成PV蒸发器, 对太阳能进行有选择的吸收, 其中短波热源经过光伏电池转化为电流提供电能, 长波热源借助光热转化系统, 作为热泵热源。通过这种方式, 一方面能够提高转换效率, 另一方面通过增强蒸发温度以及蒸发压力, 可以提高热泵的性能系数。在热泵循环方面, 引入太阳能, 会显著提高蒸发温度, 增强热泵性能系数, 降低压缩机功耗, 提高运行效率。

三、PV-SAHP系统优势

PV-SAHP系统优势表现在以下几个方面:

第一, 受到蒸发冷却作用影响, PV蒸发器的温度远远低于普通光伏电池温度, 对光电转换效率以及光热吸收效率有很大的提升作用。另外, 将光电和光热有效的结合在一起, 对单位面积的太阳能利用率有很大的提升作用, 可以在有限的建筑面积发挥更大的作用。借助太阳能, 可以提高热泵循环中的蒸发温度, 使得PV-SAHP系统的性能系数远远高于普通热泵系统。随着蒸发温度的提高, 一定程度上提高了整个系统运行过程中的抗寒能力, 在较严寒区域也能保证运行的有效性。

第二, 借助光电效应, 可以实现对太阳能高能带的光能的有效利用, 增强了太阳能的可用能效。在保证储能装置以及逆变器满足使用条件的情况下, 产生的电能可以直接为热泵系统的压缩机提供电能, 压缩机的电能不再需要从电网中获取, 使得整个系统有着更好的灵活性以及适用性。

第三, PV-SAHP系统与普通热泵相比, 热性能更高, 尤其是太阳能辐射强度增大时, 可以很大程度上提高PV-SAHP系统的热性能。在冬季, 不仅可以满足采暖需求, 还可以为居民的日常生活供应热水。PV-SAHP系统与建筑物结合在一起, 还可以发挥出围护作用, 提高建筑物隔热效果。

结束语

在我国经济飞速发展的形式下, 对于城市住房需求不断加大, 很大程度上增加了我国总能耗量, 建筑物能耗占总能耗46.7%, 高出欧美等国, 同时还增加了温室气体的排放量, 选择太阳能光伏-地源热泵系统, 不仅能满足我国经济发展下对能源的需求, 同时还符合可持续发展理念, 降低环境污染, 具有非常广阔的发展前景。

摘要：本文简单的介绍了太阳能光伏与地源热泵概念, 对太阳能光伏热泵系统进行了分析, 针对太阳能光伏-地源热泵系统的优势进行了重点阐述, 希望能够帮助读者对太阳能光伏-地源热泵系统有全面的了解, 同时促进太阳能光伏-地源热泵系统的发展, 为我国可持续发展打下良好的基础。

关键词：建筑节能,太阳能光伏,地源热泵

参考文献

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