低碳技术 高效太阳能空气源热泵

太阳能和空气能都是公认的零碳能源，在国家双碳战略中具有重要的地位。这两种能源的利用方式都比较成熟，空气能采用空气源热泵回收利用，太阳能进行光伏发电应用。但是，这两种能源的利用方式都有一些局限性。

空气源热泵的主要问题是空气温度过低，尤其是冬季供暖系统，严寒期夜晚的低温导致空气源热泵COP严重下降，甚至无法运行，完全靠电加热供暖。在华北地区，空气源热泵的年平均COP在2-2.5之间，耗电量很大。

光伏发电是太阳能的重要应用手段，目前发电效率最高达到20%以上。但是，相应的大量太阳热能没有利用，能源利用率较低，这些热量的累积还会造成光伏板升温，影响发电效率。

在双碳背景下，市场上出现了结合二者优点的太阳能空气源热泵，把光伏发电与空气源热泵结合起来，利用光伏产生的电能驱动热泵，同时配合储能装置，与外部电网连接，解决光伏发电量不稳定、时间分布不均等问题。

太阳能空气源热泵的流程简单，实现的思路也直接。空气源热泵的最大的问题在于过低的空气温度导致COP低，耗电量大，且空气温度无法改变；采用光伏发电作为主电源，响应了政策号召，实现了真正的零碳供热，也为光伏电能找到了就地储存应用的场景，减少了对电网的冲击。初投资完成后，用电成本大幅度降低，供热成本降低，实现了一举多得的效果。

然而，从能源品位上分析，这个流程还存在缺陷。光伏发电的弊端在于发电效率低，光伏板发电时产生的低温热量被浪费了。光伏板仅用于发电，这部分低温热量是完全没有用处的，但是光伏板产生的电量用于驱动热泵供热，对于最终产品——供热热量来说，光伏板收集的热量就是很好的热源，应该进行余热回收。高效太阳能空气源热泵就是一种将空气能、光伏发电、光伏集热共同应用的高度集成化设备。高效太阳能空气源热泵包括两大核心部件，一是空气源热泵，二是空冷太阳能热电联产设备（PVT）。此外，为了解决太阳能的不均衡问题，设备还集成了储能装置。外部供热系统还可以增加储热罐，提高系统稳定性。

高效太阳能空气源热泵以太阳能PVT系统产生的电能作为主驱动，配合储能系统及外部电网保持系统稳定；在白天工作时，空气切换阀关闭，热泵自带的风机从PVT冷却系统中吸出被加热的空气，降温至环境温度以下后直接排出，回收PVT的产热量，不足的部分再由环境空气热量补充；晚上工作时，空气切换阀打开，空气源热泵直接从附近空气中取热，降低风机能耗；外部供热系统还可以增加一套储热罐，降低夜间低效运行的时间。

高效太阳能空气源热泵的控制系统是非常重要的，既要考虑将PVT的高温热全部回收，也要及时储能降低夜间低效运行时间，涉及到多套系统控制以及负荷预测功能。

高效太阳能空气源热泵有以下几点优势：

第一，回收了相对高温的PVT产热量，提高了空气源热泵的效率，降低了白天运行时的电耗，给夜间工况留下了更多的电能；

第二，降低了光伏板的表面温度，有助于提高光伏板的发电效率；

第三，驱动能源主要来自于太阳能，辅以外部电网电量，减少了光伏发电上网量，避免了对电网的冲击，同时实现了低碳供热，供热成本大幅度降低；

第四，系统还可以配置储热装置，通过合理的控制策略，减少或消除夜间低效运行时间，增加白天高效运行时段的出力，提高整个采暖季的效率，降低外购电量，甚至发电上网产生效益；

第五，内置自控系统，实现了系统的优化运行，特别是通过空气源热泵的出力调节，实现太阳低温热、空气能合理搭配供热。

综合而言，高效太阳能空气源热泵利用了太阳能发电、太阳能产热、空气热量三种不同品位的能量，相关设备一体化设计，实现了能源梯级利用，达到了零碳供热的目的，是一种很好的降碳技术。