太阳能光伏光热建筑一体化系统研究

崔旭 李旭

摘 要：本文在针对太阳能光伏光热建筑一体化系统进行分析时，从空气冷却型PV/T系统、水冷却型PV/T系统以及热管PV/T系统这几个角度出发对其进行分析。在保证该系统科学合理应用的基础上，能够为建筑一体化的实现以及发展提供有效保障。

关键词：太阳能；光伏光热；建筑一体化；一体化系统

现阶段，虽然太阳能的整体发展势头比较良好，但是在其发展过程中，仍然会受到很多因素条件的限制影响。这些因素的存在，会导致太阳能光伏发电发展受到阻碍，导致这一现象出现的根本原因是由于太阳能电池的整体发电效率比较低，同时利用太阳能发电时，成本比较高。一般情况下，如果在光伏标准条件下，硅电池的整体转换效率大概在12%至17%左右。但是在实际应用过程中，太阳能电池的整体发电效率与其相比，要低一些，只有10%至15%左右。但是在实验室当中的硅太阳能电池，其最大效率能够直接达到31%左右，导致这一现象出现的根本原因是由于太阳能电池在发电过程中的效率与温度相互之间具有一定的联系。因此，光伏光热一体化系统在实际应用过程中，将其应用到建筑领域当中，在提供电力的时候，还能够提供生活用水等，从而实现光伏光热建筑的一体化目标。

1.空气冷却型PV/T系统

1.1系统构造

空气冷却型PV/T系统在构建以及实际应用过程中，集热器主要是由盖板、太阳电池组件、吸热板等部件相互组合而成。在系统当中，空气流道大多数都设置在光伏模块的背面，与此同时，可以利用与光伏模块相比，温度更加低的环境空气去对光伏模块起到良好的冷却作用。这样不仅能够从根本上保證光伏模块自身的温度得到有效降低，而且还能够保证光伏模块的整体发电效率得到提升，同时还能够对现有的热量进行科学合理的使用。

热吸收系统在构建以及具体应用过程中，其一般会通过光伏组件的背面直接形成热接触，在这种状态下，进行自然或者是一些强制性的对流换热[1]。热效率的最终呈现状态，与空气通道当中的深度、流道形式等相互之间具有一定的密切联系，这几个因素之间可以产生相互作用的影响。空气通道在BIPV系统当中是不可或缺的一部分，空气冷却状态如果处于比较良好的状态下时，能够直接保证光伏在发电过程中的高效率。如图1所示。

通过对图1中内容进行对比分析可以看出，FIN、TMS在实际应用过程中，有利于保证光伏的整体热电效率得到提升。而在这之中，FIN与TMS相比，其效果要更好一些。

1.2建筑应用

空气冷却型PV/T系统在实际应用过程中，不仅可以将其科学合理的应用到光伏屋顶结构当中，而且还能够在光伏墙当中也利用这一系统。在现阶段各种新型科学技术不断进步和发展，越来越多的技术被推出，并且在实践中得到广泛应用。在该领域当中逐渐提出了一种全新的理论想法，这种理论想法就是通风双层玻璃可以实现与其他两种结构相互之间的有效对比分析[2]。在这一基础上，对其进行对比之后可以通过结果判断出，如果是在一些亚热带气候条件的背景下，特别是在夏季的时候，如果通风双层光伏窗户在实践中得到有效利用，那么可以保证建筑自身的热量得到有效减少和控制。这样不仅有利于从根本上降低空调的整体负荷，而且还能够有利于保证光伏电池自身的温度得到有效降低。在保证光伏玻璃能够实现稳定有效运行的基础上，其在运行过程中的效率和质量也会得到有效提升。

2.水冷却型PV/T系统

2.1系统结构

水冷却型PV/T系统在构建以及具体应用过程中，其整体集热器在制造时，大多数情况下，也是通过盖板、太阳电池组件等这些零部件相互组成在一起，促使集热器自身的作用和价值能够得到充分发挥。在水冷却型PV/T系统具体操作时，会通过流道对其的有效落实，促使水中的热量被逐渐抽离，这样不仅能够从根本上保证光伏电池自身的温度得到有效控制，逐渐朝着下降的趋势发展。而且还能够有利于保证光电的整体实施效率得到强化，同时还能够对现有的一些余热进行有效利用。水冷却型PV/T系统在实际应用时，如果想要实现换热形式，那么最根本的做法之一就是利用自然对流型或者是强制对流型的方式对其进行操作，保证该系统在运行过程中的稳定性和安全性。如图2所示[3]。

2.2建筑应用

在水冷却型PV/T系统实际应用过程中，通过对相关资料的查询和分析可以得出，在针对光伏热水一体墙系统进行构建和具体应用时，该系统可以在不同的季节或者是在不同的运行模式情况下，实现有效的运行。在这一前提条件下，对水冷却型PV/T系统集热器的实际运作情况进行分析之后可以看出，其自身的自然循环系统与强制循环系统相比，自然循环系统的优势特点更加明显，所以整体利用效果也比较良好。自然循环系统在实际应用过程中，不仅可以被应用在一些具有水资源的预热系统当中，而且无论是在冬天或者是在夏季的时候，都可以尽可能保证对室内的热负荷起到良好的控制效果[4]。

3.热管PV/T系统

3.1系统构造

在针对空气冷型PV/T系统进行分析之后可以看出，其整体传热效果并不是很理想，而在针对水冷型PV/T系统进行分析得出，该系统如果在冬天使用时，很容易受到天气因素的影响，而导致其出现严重的结冻现象。针对这一现象，在分析和研究时，有部分学者提出利用热管PV/T系统进行操作，这种系统在实际应用过程中，能够有效缓解空气冷型PV/T系统和水冷型PV/T系统的弊端。该系统在应用时，主要是在光伏模块的背面，增加相对应的闭式环形热管，而环形热管的主要组成部分包括蒸发、绝热段等。冷却介质在实际作用过程中，会吸收到一些热量，而这些热量会逐渐蒸发，在蒸发之后的冷却介质，可以在凝结段直接将剩余的热量释放出来。在这一基础上，冷凝液可以在重力的作用和影响下，逐渐返回到相对应的蒸发段当中，这样能够保证工作在实施过程中的有效循环。

3.2建筑应用

热管PV/T系统在建筑当中的科学合理利用，可以实现与水箱相互之间的有效结合。由此可以看出，该系统在建筑领域中的应用，不仅能够从根本上为人们提供其所需要的生活热水，而且还能够通过鱼水相的有效结合，实现与地板盘管式等一些系统相互之间的有效连接。一般情况下，地板盘管在实际运作过程中，都会不同程度对水箱当中的热量进行吸收，并且将这些热量释放到地板的表面当中。这样就会促使地板表面的温度逐渐升高，如果地板表面温度不断升高到一定程度的时候，那么就可以通过地板辐射的方式来实现供暖。

4.结束语

太阳能光伏光热建筑一体化系统与一些普通的光伏模块相比，这种系统的利用不仅能够从根本上保证光伏模块发电效率的有效提升，而且还能够在很多方面将热能的作用发挥出来。在保证太阳能利用率得到有效提升的基础上，能够为人们的日常生活提供更多便利条件，由此可以看出，太阳能光伏光热建筑一体化的未来发展前景比较良好。

参考文献

[1]周伟，张小松，刘剑，黄紫祺.太阳能-空气光伏/光热一体化热泵热水系统实验特性[J].制冷学报，2016，37（05）：10-16+25.

[2]余长富，阮应君，吴家正.太阳能光伏光热一体化系统性能影响因素[J].热力发电，2015，44（11）：20-25+31.

[3]郭超.多功能太阳能光伏光热集热器的理论和实验研究[D].中国科学技术大学，2015.

[4]徐国英，张小松，赵善国.平板型太阳能光伏/光热一体化热泵热水系统特性[J].化工学报，2012，63（S2）：136-141.

（作者单位：英利能源（中国）有限公司）