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选题_许瑞琳/胡梦荣 文_徐海政 太阳能是一种清洁、高效、永不衰竭的可再生能源，而热泵利用少量电能即可获得3-5倍的热量，是电能转化为热能的最高效方式。因此，业界一直思考如何把这两种节能技术结合在一起，起到1+1＞2的解决方案。业内目前应用最多的系统和产品，是把太阳能光热和热泵进行简单的工程耦合，进行分层供热，或者把光伏发电系统并入电网，而热泵从电网通电运行。这些形式虽然也利用了太阳能，但仅仅局限在工程领域的创新，并不算是真正的“太阳能（光热/光伏）热泵”。真正的太阳能热泵，则要以太阳能的光热组件、光伏组件，直接对热泵机组产生作用，并且由同一品牌提供研发和销售。按这个标准，所谓的“太阳能热泵”目前在国内只有少数企业在搞，国内产值可能在2个亿左右，项目大多为试点项目、公建项目和财政补贴项目（或其他环保资金资助的项目），而出口可能在4-6个亿，妥妥的“墙里开花墙外香”！根据目前热泵对太阳能利用方式不同，可以分为三种系统：光热+热泵，光伏+热泵，热电联供（PV/T）+热泵。第一种是收集太阳能中的热能传递给热泵热交换系统，提高热泵供暖效率，目前通俗的叫法应该是“光热增效空气能”。适用于户式和商用建筑供冷供暖和热水、农业和服务业的冷热和烘干节能改造、钢铁、建材等行业采用燃气加热设备节能技术改造等。该技术入选了工信部2022年11月刚颁发的《国家工业和信息化领域节能技术装备推荐目录（2022年版）》，文件中预测该技术“预计到2025年行业普及率可达到8%”，预计每年节约标准煤12万吨。这种技术路线被少部分企业采用并生产推广，如聚阳、神太、柿子新能源等。
据称利用太阳能辅助加热空气能的热交换系统，机组整体制热能力提升25%，主要针对山东、陕西、新疆、宁夏和甘肃等太阳能资源丰富地区的定制产品。比如聚阳在宁夏某地的分户供暖项目，应用了180台6P超低温光伏热泵机组，每台配了两块光伏板，总体可满足小区每户150㎡的采暖需求。据称在阳光照射下，整机制热量增加15%左右。该种技术还可以应用在工程上，热水、冷暖、烘干和干燥就可以。由大量的太阳板对系统氟路进行加热，提升空气能的制热效率。
河北邯郸成安县某小区，总供暖面积8万㎡。一期2.5万平米采用12台60P的聚阳王牌光热增效热泵产品，据企业提供数据：室内23℃±2℃，一个采暖季下来，运行成本平均费用约13元/m²，比原来采暖费用减少3.8元/m²，每年节省费用约10万元。此类组合产品也有缺点：太阳能光热利用效率较高，技术成本低，但受太阳能周期性强、稳定性差、能量密度低且不均匀等特点影响，太阳能光热利用稳定性、可靠性低。未知在进行机组选型的时候，是不是要参考太阳能最不利的工况进行热泵机组的配置。如果那样的话，项目的整体造价是个问题。另外，该类产品主要是冷媒通过光伏吸热板来吸收一定的热量补充到热泵主机的氟路系统中，而主机对冷媒的充注量是有严格的标准的，不然会导致主机运行高压、压缩机回油不够等问题。因此这类热泵配备的光伏吸热板不能过多，对于太阳能光热的利用率并不高。而且主机会根据各区域光照的时间和强度，效率会有一定的影响。第二种是利用光伏发电直接供能给热泵机组运行，电力不足时则由市电补充。该系统也叫光伏直驱热泵系统。光伏直驱热泵系统是由光伏发电系统、热泵主机、集成光伏微网及暖通群控功能的发用电一体化系统三部分组成。
该系统的难点在于要兼顾多种工作模式下系统的稳定性。如：纯热泵工作模式（市电）、纯光伏发电模式（热泵不运行，发电全并网）、光伏热泵工作模式（消耗电能＞光伏发电）、光伏热泵及光伏发电工作模式（消耗电能＜光伏发电）、光伏热泵及储能工作模式、储能放电工作模式（光伏不发电或电能<热泵能耗）等。根据研究，“常规光伏发电并网+热泵或多联机系统从电网取电”的传统模式中，光伏发电利用率为88.5%～94.1%。而光伏直驱热泵系统中，光伏电直接用来驱动设备工作，其用电效率实际最高可达99.10%。[1]从全球范围内来看，光伏热泵正在欧美迅速兴起。尤其是目前的能源危机下，光伏热泵同时解决了用户的电和供热效率的问题，同时摆脱了天然气的依赖。因此不同政府均有大量补贴。在此刺激下，国内85%的相关产品都出口了，内销量很小。国内深耕多年的企业有格力和哈思，其他如力诺瑞特、约克VRF、交大蓝天、九沐等都陆续推出了相关的产品。以格力为例，据称85%左右的光伏热泵（多联机/离心机）都出口了。哈思也有大量光伏热泵出口到沙特等海外地区。国内证券机构甚至根据欧盟统计局和美国普查局的数据，乐观预测：欧美光伏热泵稳态市场规模约为1400亿美元。[2]不过这个数据虽然揭示了欧美光伏产业、热泵产业的光明前景，但显然忽视了不同地域的不同统计方法和口径，比如美国相关机构的统计，是把Air-airHeatpump，即热泵型的冷暖空调也计算在内的，而中国在内的部分地区，“热泵品类”则主要计算Air-waterHeatpump，即水系统的空气源热泵，以及水地源热泵。另外，交大蓝天推出的“黄金屋”光伏节能空气能工程：以太阳能、空气能为核心，打造涵盖“光伏发电+中央热水+纳米呼吸地暖+中央空调”四维一体的高端家庭生活综合解决方案，光伏并网发电系统安装在住宅屋顶，与空气能系统配套使用，满足热水、采暖和中央空调用电需求，额外的电能则上网享受相关补贴。 “光伏热泵”系统由工信部在2022年4月发布了两份相关标准——《光伏驱动多联式空调(热泵)系统》和《光伏驱动冷水(热泵)系统》，分别对应光伏空调多联机和光伏热泵，也从此开启了国内企业对此进行研究和应用的先河。项目面积100平米，太阳能光伏配置功率6kW。冬天采暖和夏天制冷配备哈思光伏直驱热泵LSQ20R1/BP1-CP1台，室内末端选用立柜式风机盘管。乐家村每户平均供暖面积约为50～60平方米，力诺瑞特为每户安装5.5千瓦光伏发电，2台2P空气源冷暖机。去年的12月27日成功并网。40平米的太阳能电板一年可发电7千度电，并网后能收益4000元左右。国家对并网的电每度补贴1毛8分，一年下来近1千元，2年收回全部成本。项目面积350平米，太阳能光伏配置功率9kW，冬天采暖和夏天制冷选用哈思光伏直驱热泵LSQ25R1/BP1-CP1台，末端选用风机盘管+地暖。该部队驻地平均海拔在4000米以上，最低温度常达-20℃，太阳能辐射条件良好。格力光伏集装箱在顶部铺设了8块290Wp单晶双玻光伏组件，预估日发电量为8-12度电。安装了6.62kWh的钛酸锂储能电池，用于驱动集装箱内部的直流热风机，保障冬季供暖。九沐安装了1兆瓦光伏发电＋600P空气能采暖项目。采暖季利用光伏发电为空气能提供动力。光伏发电不仅运行费用更低，而且可避开峰电电力不足及价格偏高的弊端，非采暖季光伏发电直接并入国家电网。此外，光伏热泵不仅应用在冷暖，在农业和工业干燥领域同样适用。比如格力就有光伏冷库解决方案。因为相对于户式项目间歇式用能不同，冷库用电不仅负荷高，且24小时连续运转，负荷稳定，光伏发电量和基本都能被消纳，高度贴合“自发自用，余电上网”模式。宁夏地区每天峰值日照时间约4.51H。该冷库制冷安装1套15匹的光伏直驱变频制冷机。光伏发电部分铺设36块450WP光伏组件，每块的峰值发电功率为450W，总装机容量为16.2kw。综合效率约为80%，日发电量约58449.6W·h。年发电量第一年衰减系数约为2.5%，第二年开始往后每年衰减0.5%。从经济收益分析，30年内该光伏电站日均发电53度，按市场商业电价每度电1元钱算，每天节省53元，每月节省1590元，每年节省电费19080元。光伏电站建设成本6.48万元，3年半内收回建设成本。需要指出的是，尽管获得了一定的市场赞誉，但光伏热泵系统在推广中也存在一定弊端，导致其市场前景严重依赖政府补贴。根据公开报道，据称太阳能光伏电池效率目前最高约为26.12%，这意味着大部分太阳能被反射或转化成热量释放，且随着太阳辐射照度增强，电池片温度升高，光伏电池效率降低。这就意味着电池板的投资较大，否则在不利工况下难以满足机组的供暖、供冷、生活热水的用能需求，需求市电较大，降低了投资收益比。而且此类产品投资较高。以内蒙地区为例，一个100平米采暖面积的普通家庭，配1台6匹空气能，10kw光伏板（10片），其中光伏板的投资要将近4万左右，而空气能要2万多，总投资约6万多。目前农村较为富裕的小康之家，对于冬季供暖的设备预算，普遍在1.5-3万之间。因此光伏热泵这个价格要推广开，难如登天。况且光伏组建较大，对安装位要求颇高。因此对于热泵市场来说，可能更大的市场，来自已有光伏板再加装热泵的后装市场。随着中国光伏技术的发展，如钙钛矿等技术的发展应用，光伏板的价格会下降40%～50%，到时光伏直驱热泵或许会迎来爆发式的增长第三种是将太阳能PV/T（光伏/光热）组件与热泵系统耦合，部分太阳辐射转化为电能，部分转化为废热储存在蓄能装置中，从而实现电热联供。构建集光热与光伏一体的PV/T热泵系统。该系统也叫做“PV/T热泵”。[5]PV/T集热器是该系统的核心部件之一。它的主要部件为太阳电池和热收集器，能同时提供热能和电能。目前迟迟不能大规模应用市场的原因很多，比如系统复杂、工质渗漏、维护难度大、初始投资大、回收期长等问题。因此，需要优化当前集热器的结构，同时开发新型、结构简单、维护方便、投资小的PV/T集热器。
比如青海省玛多县体育馆热电联供系统项目，热源部分由水源热泵、地源热泵、空气源热泵、备用电锅炉等提供。神太太阳能承担了该项目光热集热器模块和光伏集热一体式PVT产品的配套任务。
该项目位于海拔4300米，温度在-25℃～20℃，建筑面积为2500㎡，建筑层高为8.5m。这是国网青海省电力公司集工程示范与科研实践为一体的项目，投资900多万元。PVT单元配置包含：型号PVT-275M，规格1640×9920×35mm；太阳辐射照度1000W/㎡；电池温度25℃时，标准功率275W；产热量580W；数量800块。根据公开资料显示，中国科学院广州能源研究所、上海理工大学、华南理工大学、湖北工业大学、华南理工大学、大连理工大学、天津滨电电力，格力、江苏创兰太阳能空调有限公司、上海博阳新能源等机构都在进行系统化的研究。总体来说，PV/T热泵目前在国内尚处于研究阶段和产业化前期阶段。业界也曾提出直膨式光伏热泵、间膨式光伏热泵系统、带喷射器的CO2间膨式光伏热泵[6]等多种产品设计，但总但总体来说远远不如光伏热泵的市场更加普及，可以作为一个中长期的研究项目去关注。
[1]《硬核科技实力节能——格力光伏直驱变频空调》，中国制冷与空调网[2]《三谈空气能：当热泵遇见光伏，节能又现新空间》，安信证券，张立聪团队[4]《助力碳中和｜格力光伏冷库解决方案全新上线》，艾肯网[5]《太阳能PVT热泵供暖技术及应用》，代彦军，上海交通大学教授[6] 《太阳能光伏热泵研究进展》，牛擎宇，宋子晔，关欣，上海理工大学能源与动力工程学院另，感谢哈思赵晓军、神太王成林、九沐王新兵、聚阳李陈道、浙江省太阳能行业协会秘书长沈福鑫、辽宁北票市鑫阳光能源有限公司路程、本心传媒屈涨坤等接受本微记者采访，并提供技术支持！
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