研究背景

将太阳能光伏热(PVT)技术与热泵系统耦合，形成太阳能PVT热泵系统，通过热泵工质带走废热，从而实现高效的热电联产。这些热量可以用来满足家庭的供暖需求，并形成可以同时发电和供热的系统。混合PVT热泵系统有两种主要类型：直接膨胀PVT热泵(DEPVT/HP)系统和间接膨胀PVT热泵(IEPVT/HP)系统。IEPVT/HP系统将PVT阵列集成到热泵循环中，取代了蒸发器。这意味着PVT板将热量直接传递给热泵制冷剂，这具有潜在的性能优势。

贝尔法斯特女王大学Yasser Mahmoudi等人首次将IEPVT/HP系统的技术经济性能进一步与更传统的太阳能PVT系统(没有热泵)进行比较。相关成果以"Techno-economic analysis of a hybrid photovoltaic-thermal solar-assisted heat pump system for domestic hot water and power generation"为题发表在国际期刊《Renewable Energy》(IF=8.634)上。

研究内容

本文研究了混合光伏热(PVT)太阳能辅助热泵系统的技术经济性能，该系统用于满足英国贝尔法斯特一个有四个住户的三个卧室的联排住宅的电力和热水需求。PVT阵列为水-水热泵提供低温热源，同时冷却PVT阵列，从而防止在较高工作温度下发生的电效率降低。对不同尺寸的PVT阵列进行了分析，包括12—面板、20—面板和24—面板系统。结果表明，由于初始投资成本较低，本研究中考虑的家庭最经济可行的系统配置是基于覆盖总面积为16.3 m2的12—面板PVT阵列。该系统具有每年产生2.4 MWh(总)电力和2.0 MWh热水的潜力，这相当于所考虑的家庭的电力需求的30 %和热水需求的80 %，其中PVT阵列用于将供暖系统中热泵的电力消耗降低60 %。相对于目前使用电网和天然气发电的家庭能源系统，该系统每年的重复成本较低，尽管投资成本较高。我们还发现，该系统可以将被调查的30户家庭的年CO2排放量减少910kg/年(在20年的寿命期内大约减少18吨)，并且，在发电激励率为5 p/kWh和产热激励率为21 p/kWh的情况下，上述系统的回收期为14年。

图一。IEPVT/HP系统示意图

图二。PVT面板的内部结构:(a)管道布局；和(b)内部分层

图三。模型验证:(a)单一PVT面板发电；以及(b)对照实验数据的热泵冷凝器输出

图四。调查年度的月度电力需求、总发电量、净发电量过剩和生产不足

图五。小时电力需求、总发电量、净发电量

图六。IEPVT/HP系统的累积成本

文章链接

https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0960148122010394

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