光伏直驅(qū)PV/T雙源熱泵熱水系統(tǒng)性能研究

收稿日期：2021-12-29

基金項(xiàng)目：江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（BE2018118）

通信作者：張小松（1960—），男，博士、教授、博士生導(dǎo)師，主要從事建筑節(jié)能、空調(diào)熱泵、新能源等方面的研究。rachpe@seu.edu.cn

DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-1606 文章編號(hào)：0254-0096（2023）05-0188-07

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)太陽(yáng)能光伏光熱PV/T雙源熱泵存在的熱力性能差、能量損耗大等問(wèn)題，提出一種光伏直驅(qū)PV/T雙源熱泵制熱水系統(tǒng)（太陽(yáng)能+空氣源），并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，在室外平均環(huán)境溫度27.9 ℃、平均太陽(yáng)輻射強(qiáng)度691.1 W/m2的夏天戶外實(shí)驗(yàn)工況下，系統(tǒng)運(yùn)行約4 h，將250 L 26.5 ℃的水加熱到目標(biāo)溫度55 ℃，熱泵平均COP為8.83。實(shí)驗(yàn)期間，PV/T光伏組件的平均溫度比同樣工況下的純參比光伏組件溫度降低9.8 ℃，光電性能相對(duì)提高17.53%。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能熱泵；光伏光熱一體化；熱電聯(lián)供；直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TK81；TM614 " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

太陽(yáng)能作為一種清潔、無(wú)污染、可持續(xù)的可再生能源，具有普遍、易得、資源豐富、長(zhǎng)久不竭等優(yōu)點(diǎn)［1］，用太陽(yáng)能為居民提供生活熱水，可減少建筑能耗，緩解能源危機(jī)。

集合了熱泵技術(shù)和太陽(yáng)能光熱利用技術(shù)的太陽(yáng)能輔助熱泵（solar assisted heat pump， SAHP）系統(tǒng)因其更高的集熱效率和穩(wěn)定性而越來(lái)越受到學(xué)者們的關(guān)注［2-3］。Kern等［4］提出PV/T（photovoltaic-thermal）太陽(yáng)能系統(tǒng)概念，通過(guò)在太陽(yáng)電池背部鋪設(shè)集熱設(shè)備回收利用太陽(yáng)電池?zé)崃?。太?yáng)電池在運(yùn)行過(guò)程中光電轉(zhuǎn)換效率受其溫度影響，電池的溫度每升高10 ℃，光電轉(zhuǎn)換效率相對(duì)下降約5%［5］。太陽(yáng)能光伏光熱熱泵系統(tǒng)［6-7］ （photovoltaic thermal heat pump， PV/T-HP）由PV/T系統(tǒng)和熱泵系統(tǒng)結(jié)合而成。Bellos等［8］發(fā)現(xiàn)在一定電費(fèi)價(jià)格下，將PV/T與空氣源熱泵結(jié)合使用是經(jīng)濟(jì)上可持續(xù)性最好的解決方案。方貴銀等［9］通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)能光伏光熱熱泵復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)能量利用率和熱泵性能優(yōu)于獨(dú)立系統(tǒng)。李洪等［10］研究了一種新型太陽(yáng)能光伏-環(huán)路熱管/熱泵熱水系統(tǒng)，分析了多種運(yùn)行模式下系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)性能的影響。

光伏直驅(qū)熱泵可直接利用太陽(yáng)電池輸出的電能來(lái)直接驅(qū)動(dòng)熱泵運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)以高效率制冷或制熱［11-12］。文獻(xiàn)［13］通過(guò)分析評(píng)價(jià)夏熱冬冷地區(qū)光伏空調(diào)運(yùn)行狀況，為后續(xù)夏熱冬冷地區(qū)并網(wǎng)光伏熱泵設(shè)計(jì)提供參考。呂光昭等［14］對(duì)離網(wǎng)型光伏空調(diào)夏季供冷和冬季采暖性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，探索了空調(diào)容量和蓄電池容量的匹配關(guān)系。彭勝男等［15］針對(duì)北方農(nóng)村供暖困難等問(wèn)題設(shè)計(jì)提出光伏-空氣源熱泵聯(lián)合供熱系統(tǒng)，以最大經(jīng)濟(jì)收益為指標(biāo)對(duì)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了優(yōu)化。

目前已有的PV/T雙源熱泵系統(tǒng)普遍存在加熱效率低、系統(tǒng)供電還需電網(wǎng)補(bǔ)充等問(wèn)題。而光伏熱泵系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)能的利用率較低，有進(jìn)一步提升的空間。因此本文將太陽(yáng)能PV/T空氣源熱泵拓展，將其與光伏熱泵技術(shù)相結(jié)合，提出一種可離網(wǎng)式光伏直驅(qū)PV/T雙源熱泵熱水系統(tǒng)以滿足戶外離網(wǎng)供熱供電需要。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工作原理

光伏直驅(qū)PV/T雙源熱泵熱水系統(tǒng)可同時(shí)利用太陽(yáng)熱能和空氣能。具體實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要分為兩部分：第一部分是光伏子系統(tǒng)，由屋頂光伏組件、內(nèi)置的光伏控制器、逆變器等裝置構(gòu)成，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能供系統(tǒng)使用；第二部分為熱泵子系統(tǒng)，由PV/T集熱器、直流水泵、熱泵內(nèi)的板式換熱器、風(fēng)冷換熱器、直流壓縮機(jī)、電子膨脹閥、套管式冷凝器和室內(nèi)保溫水箱等裝置構(gòu)成，吸收太陽(yáng)能和空氣能。熱泵子系統(tǒng)可分為3個(gè)循環(huán)：1）PV/T集熱器與板式換熱器之間的循環(huán)，循環(huán)工質(zhì)為水和防凍液（乙二醇）的混合物；2）由直流壓縮機(jī)、套管式冷凝器、電子膨脹閥風(fēng)冷換熱器和板式換熱器組成的熱泵循環(huán)，循環(huán)工質(zhì)為熱泵工質(zhì)R134a；3）套管式冷凝器和保溫水箱之間的循環(huán)，循環(huán)工質(zhì)為水。在第1個(gè)循環(huán)中，混合工質(zhì)先吸收PV/T組件熱量，PV/T組件得到冷卻，溫度下降。然后混合工質(zhì)流入板式換熱器中與熱泵工質(zhì)換熱，溫度下降，之后降溫的混合工質(zhì)再流入PV/T集熱器中吸收光伏組件熱量，完成一個(gè)循環(huán)。冷卻的太陽(yáng)電池具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率，可發(fā)出更多的電量供整個(gè)系統(tǒng)使用或儲(chǔ)存。

在熱泵子系統(tǒng)循環(huán)中，制冷劑R134a在經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)升溫升壓之前，先在板式換熱器中吸收PV/T集熱器側(cè)熱量。然后進(jìn)入套管式冷凝器中，將熱量傳遞給水箱側(cè)循環(huán)水。之后制冷劑流經(jīng)電子膨脹閥節(jié)流后降溫降壓。隨后制冷劑在風(fēng)冷換熱器中吸收空氣熱量，最后再次進(jìn)入板式換熱器中吸收PV/T集熱器側(cè)熱量，熱泵一次循環(huán)結(jié)束。水箱循環(huán)中，工質(zhì)水流經(jīng)套管式冷凝器，在其中吸收熱泵工質(zhì)傳遞的熱量，再流入水箱盤管中與水箱中的水發(fā)生換熱，之后冷卻的工質(zhì)水再次流入板式換熱器中，完成循環(huán)。

光伏子系統(tǒng)中，光伏組件通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能輸送給光伏控制器。若熱泵開啟，光伏控制器優(yōu)先將電量輸送給熱泵；若熱泵未開啟，光伏控制器將電量輸送給蓄電池。蓄電池可在夜間或太陽(yáng)照度不夠的白天為熱泵供電。

2 光伏直驅(qū)PV/T空氣源熱泵熱水系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

為研究系統(tǒng)的各項(xiàng)性能，搭建了光伏直驅(qū)PV/T雙源熱泵熱水系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。熱泵系統(tǒng)中使用的工質(zhì)是R134a，壓縮機(jī)為直流旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)（標(biāo)稱功率526 W），室內(nèi)保溫水箱的容積為250 L（內(nèi)置換熱盤管）。冷凝器為套管式冷凝器，額定換熱量為2500 W。板式換熱器和風(fēng)冷換熱器串聯(lián)組成熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)端，其中板式換熱器的額定換熱量約為1500 W，風(fēng)冷換熱器的額定換熱量為550 W。水箱循環(huán)中的水泵流量為0.9 m3/h，PV/T組件側(cè)水泵流量為0.6 m3/h。3塊面積為1.752 m2的PV/T組件組成光熱集熱裝置，朝正南擺放，設(shè)有5°～60°可調(diào)節(jié)傾角，光伏組件背部用導(dǎo)熱硅膠貼有水平扁平集熱管27條，截面尺寸為15 mm×3 mm，管與管之間間距為70 mm，如圖2所示。PV/T組件截面結(jié)構(gòu)從上至下依次為：鋼化玻璃（3.2 mm），EVA（0.5 mm），太陽(yáng)電池片（0.2 mm），EVA（0.5 mm）。之下用導(dǎo)熱硅膠將扁平銅管緊密黏貼。后加封20 mm厚保溫棉。介質(zhì)水從左側(cè)進(jìn)入集熱器，后分27路進(jìn)入，在出口處匯集。

實(shí)驗(yàn)使用的光伏組件由72塊156 mm×156 mm的單晶硅太陽(yáng)電池并聯(lián)和串聯(lián)結(jié)合的方式組成，PV/T組件單塊寬0.95 m，長(zhǎng)1.95 m（連帶邊框）。單塊太陽(yáng)電池功率為6 W，一塊光伏組件的功率為435 W，溫度系數(shù)為0.0045。光伏控制器采用恒電壓跟蹤控制方式，使光伏組件輸出的電壓一直穩(wěn)定在一個(gè)設(shè)定的電壓附近，且具有最大功率追蹤功能、電路保護(hù)功能、溫度補(bǔ)償功能等。圖2b中[t1]～[t5]為測(cè)溫點(diǎn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試方案

實(shí)驗(yàn)中主要測(cè)量?jī)?nèi)容包括溫度、壓強(qiáng)、流量、功率、發(fā)電量、太陽(yáng)輻照度。溫度測(cè)量?jī)x器為熱電偶，需測(cè)量的內(nèi)容為熱泵、水箱、純光伏組件和PV/T組件溫度。壓強(qiáng)測(cè)量的儀器為壓強(qiáng)變送器，需測(cè)量的內(nèi)容主要是熱泵中蒸發(fā)壓強(qiáng)和冷凝壓強(qiáng)。流量測(cè)量的儀器為流量計(jì)，需測(cè)量的內(nèi)容為水箱側(cè)水循環(huán)流量，集熱器側(cè)混合工質(zhì)的流量。功率測(cè)量的儀器為功率計(jì)，測(cè)量的內(nèi)容主要是壓縮機(jī)的功耗。發(fā)電量的測(cè)量?jī)x器為光伏監(jiān)控儀，分別對(duì)純光伏組件和PV/T組件的發(fā)電量進(jìn)行測(cè)量。使用太陽(yáng)輻照儀測(cè)量太陽(yáng)電池表面的太陽(yáng)輻照度。使用橫河數(shù)據(jù)采集儀采集以上實(shí)驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.2.1 系統(tǒng)測(cè)量參數(shù)

為研究光伏直驅(qū)PV/T空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的性能，需測(cè)量關(guān)注的參數(shù)如下：

1）板式換熱器PV/T集熱器側(cè)工質(zhì)進(jìn)出口溫度[tq1]和[tq2]；板式換熱器中熱泵工質(zhì)側(cè)進(jìn)出口溫度[tl1]和[tl2]；壓縮機(jī)吸氣溫度和排氣溫度[tr1]和[tr2]；蒸發(fā)壓力[pe]和冷凝壓力[pc]；套管式冷凝器熱泵側(cè)工質(zhì)進(jìn)出口溫度[tk1]和[tk2]；套管式冷凝器水箱側(cè)進(jìn)出口水溫[tw1]和[tw2]。

2）水箱循環(huán)中循環(huán)流量[G1]和PV/T集熱器循環(huán)中循環(huán)流量[G2]。

3）PV/T集熱器上均勻分布的5個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度[t1、t2]、[t3、t4]和[t5]（測(cè)點(diǎn)位置如圖2所示）。因?yàn)闇y(cè)點(diǎn)沿PV/T組件長(zhǎng)寬均勻布置，認(rèn)為PV/T組件的溫度等于5個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均值；純光伏組件上同樣均勻分布5個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度[t6、t7]、[t8、t9]和[t10]（與[t1～t5]測(cè)溫點(diǎn)位置相同）。認(rèn)為純光伏組件的溫度等于5個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均值。

4）壓縮機(jī)功率[Ncom]，PV/T集熱器循環(huán)中水泵功率[N1]和水箱循環(huán)中水泵功率[N2]。

系統(tǒng)的制熱量即為保溫水箱得熱功率，計(jì)算式為：

[Qw=cp·ρw·Gw1·tw2-tw1] （1）

式中：[Qw]——保溫水箱得熱功率，W；[cp]——水的定壓比熱容，J/（kg·K）；[ρw]——水的密度，kg/m3。

熱泵制熱水系統(tǒng)的性能參數(shù)COP（coefficient of performance）為保溫水箱得熱功率與壓縮機(jī)功耗的比值：

[RCOP=QwNcom] （2）

式中：[RCOP]——性能系數(shù)。

2.2.2 系統(tǒng)光伏電性能

通過(guò)光伏監(jiān)控器分別測(cè)量純光伏組件與PV/T組件的發(fā)電量和發(fā)電功率。

實(shí)驗(yàn)中太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率為：

[ηpv=PpvApv·Es] （3）

式中：[ηpv]——太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率；[Ppv]——太陽(yáng)電池發(fā)電功率，W/m2；[Apv]——太陽(yáng)電池有效面積，m2；[Es]——太陽(yáng)輻照度，W。

2.2.3 誤差分析

處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)需對(duì)系統(tǒng)的光電性能參數(shù)和熱力性能參數(shù)等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的誤差分析。由儀器精度產(chǎn)生的直接誤差可通過(guò)儀器說(shuō)明書獲得。各測(cè)量?jī)x器的精度和使用范圍如表1所示。

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的光伏發(fā)電性能及熱力性能參數(shù)（如光電輸出效率、保溫水箱得熱量和COP等）不能直接測(cè)量，但可根據(jù)直接測(cè)量到的參數(shù)計(jì)算得到，因此不可避免會(huì)產(chǎn)生間接誤差。采用式（4）計(jì)算以上參數(shù)的相對(duì)誤差RE（relative error），根據(jù)式（5）計(jì)算平均相對(duì)誤差MRE（mean relative error）。各性能參數(shù)的相對(duì)誤差計(jì)算結(jié)果如表2所示。

[ER=df（x1，x2，…，xn）f（x1，x2，…，xn）" " "=?f?xΔx12+?f?xΔx22+…?f?xΔxn2f（x1，x2，…，xn）] （4）

[EMR=1n|ER|n] （5）

3 實(shí)驗(yàn)運(yùn)行分析

為探究本文所提光伏直驅(qū)PV/T雙源熱泵熱水系統(tǒng)的實(shí)際性能，在南京地區(qū)戶外夏季晴天條件下進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)從上午09：00開始，全程不接入電網(wǎng)，依靠光伏組件輸出的電能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中太陽(yáng)輻照度[Es]和環(huán)境溫度[ta]隨時(shí)間的變化如圖3所示。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中平均太陽(yáng)輻照度為691.1 W/m2，平均環(huán)境溫度為26.2 ℃。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，平均風(fēng)速為0.53 m/s。保溫水箱內(nèi)水初始溫度為26.5 ℃，水箱側(cè)循環(huán)流量固定為0.9 m3/h。PV/T集熱器中工質(zhì)流量固定為0.6 m3/h。

系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中吸氣和排氣溫度變化如圖4所示。熱泵啟動(dòng)初始階段，吸氣溫度和排氣溫度都在不斷上升，原因是熱泵啟動(dòng)階段PV/T組件的溫度仍然很高，所以工質(zhì)從板式換熱器出來(lái)后溫度不斷上升。不斷上升的吸氣溫度導(dǎo)致壓縮機(jī)的排氣溫度也在快速上升。在這個(gè)短暫的上升過(guò)程中，排氣溫度在09：15左右升到一個(gè)峰值38.9 ℃，隨后排氣溫度開始下降。因?yàn)榇藭r(shí)PV/T組件不斷被冷卻，組件溫度下降，吸氣溫度因此下降，排氣溫度也隨之下降。吸氣溫度持續(xù)下降到25.4 ℃（09：30）。此后太陽(yáng)輻照度迅速增加，因此排氣溫度持續(xù)增加。之后吸氣溫度穩(wěn)定在約31 ℃，隨著環(huán)境溫度和太陽(yáng)輻照度略微波動(dòng)。而排氣溫度下降到37.3 ℃后，隨著水箱側(cè)循環(huán)水溫度不斷升高，排氣溫度也在不斷升高，直至60 ℃。

系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中熱泵各處溫度變化如圖5所示。套管式冷凝器水側(cè)進(jìn)出口溫度一直在上升，進(jìn)出口水溫差較穩(wěn)定。風(fēng)冷換熱器中工質(zhì)進(jìn)口溫度、板式換熱器中工質(zhì)進(jìn)口溫度和出口溫度都在緩慢上升，并與吸氣溫度變化趨勢(shì)一致。PV/T組件工質(zhì)進(jìn)出口溫度如圖6所示。PV/T組件工質(zhì)進(jìn)出口溫度主要受太陽(yáng)輻射度影響，其曲線變化趨勢(shì)趨近太陽(yáng)輻射度曲線變化趨勢(shì)。

系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中蒸發(fā)壓強(qiáng)和冷凝壓強(qiáng)變化如圖7所示。冷凝壓強(qiáng)一直隨水箱中水溫的上升而上升，從0.703 MPa增加到1.417 MPa；而蒸發(fā)壓強(qiáng)一開始快速?gòu)?.383 MPa增加到0.46 MPa，隨后較穩(wěn)定，在0.46～0.515 MPa之間波動(dòng)。板式換熱器與風(fēng)冷換熱器中換熱占比如圖8所示。兩者換熱量占總蒸發(fā)量的比重相近，板式換熱器換熱量占比稍大，平均占總蒸發(fā)量比為51.2%。風(fēng)冷換熱器換熱量占總蒸發(fā)量比平均為48.8%。

實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，光伏直驅(qū)PV/T雙源熱泵熱水系統(tǒng)保溫水箱得熱功率與壓縮機(jī)功耗隨時(shí)間的變化如圖9所示。在熱泵剛開啟時(shí)，壓縮機(jī)的功率較高，之后隨著蒸發(fā)壓強(qiáng)的降低，壓縮機(jī)功率也在降低。直到熱泵系統(tǒng)內(nèi)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，壓縮機(jī)的功率不再下降。之后，壓縮機(jī)的蒸發(fā)溫度穩(wěn)定下來(lái)，壓縮機(jī)的功率隨冷凝壓強(qiáng)的增加而不斷穩(wěn)定提高，從135.6 W穩(wěn)定增加到394.1 W。保溫水箱得熱功率從初始209.5 W經(jīng)過(guò)7 min達(dá)到1990.3 W。此后保溫水箱得熱功率較穩(wěn)定，在2100 W附近波動(dòng)。在12：10之后的時(shí)間里，保溫水箱得熱功率呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)槭艿教?yáng)輻射強(qiáng)度下降的影響，PV/T組件溫度下降，板式換熱器中換熱量減少。整個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中壓縮機(jī)平均功率為252.8 W，保溫水箱得熱功率平均值為2005.4 W。

實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，熱泵系統(tǒng)COP隨時(shí)間的變化如圖10所示。在系統(tǒng)啟動(dòng)后15 min內(nèi)，熱泵COP從初始3.14迅速增長(zhǎng)到最大值16.12。因?yàn)樵跓岜脝?dòng)初始階段，壓縮機(jī)功率下降，水箱得熱功率卻在不斷上升，因此這一階段熱泵的COP也在迅速上升。之后熱泵COP持續(xù)下降，一直到水箱加熱完成，熱泵COP降到4。這是因?yàn)橄到y(tǒng)穩(wěn)定之后，水箱的得熱功率基本穩(wěn)定，壓縮機(jī)的功率卻在持續(xù)穩(wěn)定上升，因此壓縮機(jī)的COP持續(xù)下降。在本文實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，熱泵COP平均值為8.83。

實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，PV/T組件溫度和參比純光伏組件溫度隨時(shí)間的變化如圖11所示。熱泵開啟階段，PV/T組件和純光伏組件溫度一樣，為31.5 ℃。之后隨著太陽(yáng)輻照度增加，純光伏組件溫度也在不斷上升。而PV/T組件被冷卻，組件溫度穩(wěn)定在29～36.5 ℃之間。在本文實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，PV/T組件的平均溫度為32.4 ℃，純光伏組件的平均溫度為42.3 ℃。

實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，PV/T組件和純光伏組件的輸電功率以及光電轉(zhuǎn)換效率隨時(shí)間的變化如圖12所示。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，PV/T組件光電轉(zhuǎn)換效率在13.6%～16%之間波動(dòng)，純光伏組件光電轉(zhuǎn)換效率在10.9%～14%之間波動(dòng)。PV/T組件因?yàn)榻M件溫度得到控制，其光電轉(zhuǎn)換效率整體高于純光伏組件發(fā)電效率，并且光電轉(zhuǎn)換效率變化波動(dòng)也小于純光伏組件。本文實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，PV/T組件平均光電轉(zhuǎn)換效率為14.43%，而純光伏組件平均光電轉(zhuǎn)換效率為12.28%。本文實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，單塊PV/T組件平均輸電功率為175.17 W，單塊純光伏組件平均輸電功率為149.29 W，并且單塊PV/T組件輸電功率整體高于純光伏組件的輸電功率。

4 結(jié) 論

本文以光伏直驅(qū)PV/T雙源熱泵熱水系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，研究了系統(tǒng)在南京戶外條件下的實(shí)際運(yùn)行特性，并且對(duì)PV/T組件光電性能和參比純光伏組件光電性能進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)具體分析太陽(yáng)輻照度、環(huán)境溫度等參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，結(jié)果如下：

1）光伏直驅(qū)PV/T雙源熱泵熱水系統(tǒng)性能參數(shù)高于PV/T雙源熱泵熱水系統(tǒng)，因?yàn)楣夥彬?qū)減少了熱泵能量損耗。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)可在離網(wǎng)情況下運(yùn)行并完成工作任務(wù)。

2）光伏直驅(qū)雙源熱泵熱水系統(tǒng)因?yàn)楣夥彬?qū)以及雙源特征，對(duì)不同的工況適應(yīng)性更好，應(yīng)用場(chǎng)景更加豐富。

2）熱電聯(lián)供模式下，PV/T組件平均溫度為32.4 ℃，比同樣工況下參比純光伏組件平均溫度低9.8 ℃。PV/T組件的平均光電轉(zhuǎn)換效率為14.43%，比同樣工況下參比純光伏組件的平均光電轉(zhuǎn)換效率相對(duì)提高17.53%。

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EXPERIMENTAL STUDY ON PERFORMANCE OF PHOTOVOLTAIC DIRECT-DIRVEN PV/T DUAL-SOURCE HEAT PUMP HOT WATER SYSTEM

Chu Leichi1，Zhao Shanguo2，3，Gao Yuanzhi1，Liu Chang1，Zhang Xiaosong1

（1. School of Energy and Environment， Southeast University， Nanjing 210096， China；

2. Nanjing Dongda Intelligent Environmental Energy Research Institute， Nanjing 211100， China；

3. Jiangsu Yuanze New Energy Technology Co.， Ltd.， Changzhou 213614， China）

Abstract：In order to solve the problems of poor thermal performance and large energy loss of traditional PV/T（photovoltaic-thermal） dual-source heat pump， a photovoltaic direct-driven PV/T dual-source heat pump hot water system （solar + air source） is proposed in this paper， and the experimental study of the system is carried out. The results show that under the outdoor experimental conditions of the average outdoor ambient temperature of 27.9 ℃ and the average solar radiation intensity of 691.1 W/m2 in summer， the system runs for about 4 h， the 250 L of water at 26.5 ℃ is heated to the target temperature of 55 ℃， and the average COP of the heat pump is 8.83. During the experiment， the average temperature of the PV/T module is 9.8 ℃ lower than that of the pure photovoltaic module under the same operating conditions， and the optoelectronic performance is relatively improved by 17.53%.

Keywords：solar heat pump； PV/T； cogeneration； DC drive system