科创中国

一、项目背景及意义

建筑能耗已占我国社会终端能源消耗总量近1/3，并随着人们生活水平的提高以及城市化进度的加速，该比例将持续攀升，是未来我国最具有节能潜力的领域之一。各类建筑均是太阳能资源利用的良好载体，通过合理布置太阳能利用装置，可实现建筑的供电、供热、制冷、热水等需求供应，极大程度上减少常规建筑电力和化石能源消耗，从而达到绿色近零能耗的低碳建筑目标，推动我国社会能源结构转型。基于太阳能光伏光热（PVT）组件的分布式热电能源系统能够很好的满足建筑用能需求，具有广阔的应用前景。

太阳能光伏光热（PVT）组件根据集热介质的不同可分为水、空气、制冷剂等为工质的PVT组件。太阳能PVT热泵系统可分为间接式和直接式。太阳能光伏光热组件可以实现太阳能光电光热综合利用，是提高太阳能综合利用效率的有效方法，且其设计灵活，可以应用在不同的情形中，达到高效节能的运行效果。以水、空气等显热集热方式的PVT组件存在集热、发电效率低，温度均匀性差等问题，主要用于间接式太阳能PVT热泵系统；而以制冷剂等潜热集热方式的PVT组件存在流动分配不均匀，温度均一性较低等问题，主要用于直膨式太阳能PVT热泵系统。因此针对不同系统需进行优化设计，解决以上问题从而实现系统高效的热电联产。可有效提高能源结构中可再生能源占比，实现绿色节能低碳的热电输出。

二、项目领先性、创新性和核心技术亮点

1. 光伏光热组件热效应及电效应的能量耦合特性。

阐明光伏光热组件结构内的相互热影响机制，深入分析光伏光热组件内部产热机理及集热器高效集热方式。此外，针对性的建立了评价体系，用于评估太阳能光伏光热组件的性能，包括动力学评价指标：分流均一性、板内压力损失、失速区比例；热力学评价指标：集热效率因子、热迁移因子、表面温度均一性。

2. 光伏光热组件的高效热电联产机制。

提出光伏光热组件热调控方法，实现光伏组件的有效温度控制，可大幅降低光伏组件工作温度从而提高发电效率。此外，提出吹胀式集热器单元化流道结构设计和组合方法，用于优化太阳能光伏光热组件的集热、发电、以及流动性能。采用分区设计冷却结构方式，优化流道内流量分配情况。

三、应用案例及主要效益

所开发的高效均流低阻的太阳能光伏光热（PVT）组件已成功应用于中型太阳能PVT热泵热电联产系统，实现屋顶光伏光热综合利用，达到高效热电输出。以上海地区屋顶太阳能PVT热泵系统为例，该示范系统采用10P热泵主机匹配24片太阳能光伏光热组件，发电功率达8kW，集热功率达44kW，系统COP（性能系数）达6以上，并输出55℃以上热水。在辐照条件良好的工况下，采用的太阳能光伏光热组件相比于单一的光伏组件，工作温度降低达30℃以上，有效提高发电效率达10%以上。

主要效益如下：

（1）提高分布式光伏电站的发电收益：采用太阳能光伏/光热技术，可有效提高光伏组件的发电效率，在目前分布式光伏电站的基础上，提高10%左右的电力收益，改善整体系统的经济性。

（2）提高太阳能综合利用技术水平：目前太阳能分布式应用主要由屋顶光伏和屋顶光热两种形式，甚至在屋顶面积不足的情况下，存在光伏和光热争屋顶面积的窘况。采用太阳能光伏/光热技术，可实现光伏和光热的同时综合利用，大幅提高太阳能综合转换效率，同时屋顶可实现发电和供热联产，提高了建筑屋顶利用率。

（3）有助于城市能源结构转型：不仅可在既有的光伏电站基础上进行改造，也可以新布置光伏/光热组件，从而提高城市太阳能综合利用率，实现光伏分布式能源技术升级和效益提升，进而提高可再生能源（尤其是太阳能）在社会能源结构中的占比，推动城市能源结构转型。

四、知识产权获取情况

已授权相关发明专利6项，公开相关发明专利5项，主编上海市地方标准一项。