段宗仁 朱旭红 杨松 张良利 沈道军

摘 要：为了研究“光伏+热源模式”对于清洁能源的利用及优化取暖方式，通过多样化能源互补，满足热源需求。采取空气源热泵、锅炉、地源热泵、燃气壁挂炉等辅助设备，形成太阳能与空气能、浅层地能、生物质能、电能、燃气等多能互补的取暖模式。结果表明采用蓄热、蓄电等蓄能方式，夜间利用谷电取暖和蓄能，白天使用所蓄能量取暖，可以降低取暖运行费用，确保满足农村地区取暖需求。可以得出“光伏+热源”的模式推广能够有效利用清洁能源实现取暖及节能减排降耗的作用。

关键词：政策；太阳能资源；户用；热源；模式

Abstract：In order to study the “photovoltaic + heat source mode” for the use of clean energy and optimize heating methods， through the diversification of energy sources to meet the heat source needs. Auxiliary equipment such as air source heat pump， boiler， ground source heat pump and gas wall hanging furnace are adopted to form a heating mode in which solar energy and air energy， shallow ground energy， biomass energy， electric energy and gas are complementary. The results show that the use of heat storage， storage and other energy storage methods， the use of valley electricity for heating and energy storage at night， the use of stored energy for heating during the day， can reduce the heating operation costs， to ensure that the heating needs in rural areas. It can be concluded that the mode promotion of “photovoltaic + heat source” can effectively use clean energy to achieve heating and energy saving， emission reduction and consumption reduction.

Keywords：Policies；Solar Resources；household use；Heat Sources；Models

中圖分类号 ：TM615 文献标志码：A

0 引言

本文基于现有太阳能光伏发电系统年发电量数据和政府出台的相关扶持“光伏+热源”的政策性文件及目前市场上各种取暖方式，得出从能量需求角度采用太阳能光伏发电系统用于民用建筑空调地暖等采暖辅助供能系统的实践探究。目前，各国解决能源与环境问题的主要措施之一就是大力开发利用太阳能。其中具有工期短、利用建筑屋面的太阳能光伏电站，发展潜力巨大。

1 传统能源储量

化石能源逐步枯竭，能源危机逐步展现。21世纪初，有关部门就世界能源储量调查显示：石油可采量为40年，天然气可采量为61.1年，煤炭可采量为227年。我国所处的亚太地区能源储量约占全球的30%左右，而我国处于发展中阶段，对于能源的需求量日益增长，面临着不可再生能源储量日益下降的情况，而对于可再生能源的开发及利用就显得格外迫切。

2 太阳能光伏发电技术

2.1 太阳能光伏发电原理

太阳能电池的原理如下：

（1）太阳能电池吸收光子，半导体内产生光生载流子，电子与空穴的电性相反，电子带负电，空穴带正电。

（2）半导体p-n产生静电场，将光生载流子中带正电的空穴以及带负电的电子分离开。

（3）电子及空穴分彼此分离后，被太阳能电池的正、负极分别收集，在外电路中形成电能。

2.2 太阳能光伏发电技术的应用类型及特点

太阳能光伏发电的应用方式较多，下面进行了具体的分析：

（1）光伏发电分为BIPV与BAPV两种方式；BIPV是指光伏建筑一体化，是指建筑在进行建造的时候，其墙体或者屋顶的一部分由光伏组件构成。此方式不论是从结构还是美观上需要特别注意。而BAPV是指在已经完工的建筑上铺设光伏组件，此方式需考虑原屋顶的结构是否符合承载力要求。

（2）光伏发电作为清洁能源，且生命周期较长，可以有效解决能源消耗问题。目前北方由于冬天取暖，南方夏天制冷，对电能需求量极高。而光伏电池所产生的电能有效地解决了这个问题。

（3）偏远地区，由于其电力供应的局限性，采用光伏发电技术，可以缓解无电可用的生活状态。白天通过直接使用一部分电能的方式提高生活质量，其余部分通过不同方式储存等供夜间使用。

（4）目前市场上对于光伏发电结合取暖制冷的产品研究已经有了长足的进展，充分利用光伏设备，并结合各种设备达到提高人民生活质量的目的。

3 “光伏+热源”对于民用采暖的实用性探究

3.1 太阳能资源

我国年总辐射量、年总直接辐射量、直射比年平均值和年总日照时数的空间分布情况如图1所示。

3.2 “光伏+热源” 利用模式的探究

太阳能光伏发电系统包括：光伏发电系统、配电系统。

3.2.1 光伏+石墨烯地暖方式

石墨烯发热原理：

（1）石墨烯传热能力优质；

（2）石墨烯具有二维纳米结构，厚径比、比表面积的特性。

（3）通过特殊加工，石墨烯片层之间形成均匀连通的导电网络。提供一定的电压即可产生较高的热量，石墨烯地板模型如图2所示。

供暖面积：

8m2室内面积=1.2kW；10m2室内面积=1.5 kW

15m2室内面积=2.1kW；20m2室内面积=2.8kW

3.2.2 光伏+地热源泵方式

以大地作为冷热源交换的最终位置，利用地面与地下的温差达到取暖制冷的效果。

（1）制冷：地源热泵机组的压缩机对冷媒做功，形成汽—液转化的循环，如图3所示。

（2）制热：地源热泵机组的压缩机对冷媒做功，通过水路切换将水流动方向切换，如图4所示。

3.2.3 光伏+固体电蓄能供热方式

光伏+固体电蓄能模式所适用的场所如图5所示。

（1）利用夜间低谷廉价电力、风电或太阳能所发电力，以发热管为媒介；

（2）在电网低谷时段以高比热的金属固体蓄能合金模块为热媒进行加热；

（3）以高达750℃的温度将其储存在蓄热器体内；

（4）由电脑控制换热速度，达到掌控散热温度的目的，以供用户全天使用，节省运营费用。

3.3“光伏+热源”的结合方案

“光伏+热源”分为光伏系统和取暖系统两部分；光伏系统通过光伏组件及逆变器等设备产生与电网同频率、同相位的交流电，所发电量有完全自发自用或自发自用余额上网两种方式；供热系统消耗光伏系统所发电能，产生热能以即时利用或者储存延时利用的方式供人们日常生活使用。

“光伏+取暖”系统，根据用户性价比的用户需求，可具备四大功能：（a）冬天供暖；（b）夏天制冷；（c）四季供应热水；（d）全年生产绿色電力。相较于传统取暖方式，“光伏+取暖”系统运行费用低，在25年生命周期内，经济性高，供热效率高。

3.4 屋顶光伏安装示意图（图6）

4 结果与结论

（1）随着光伏发电产业化进程的不断推进以及相关技术的不断发展，光伏发电的效率将不断提高、成本不断降低。根据文中的分析可以看看出，太阳能光伏发电技术在未来将会以光伏建筑一体化应用为主，同时在农村地区建设小型光伏电站以及独立的农宅光伏系统，搭配各式供热系统，达到清洁能源的合理利用。

（2）供热系统的不断完善及市场化对于“光伏+”的推动有着明显的效果。未来民用建筑及工商业厂房的设计将考虑光伏及其他能源设备的安装条件，通过以上或其他更多的方式达到制造热源的作用，供生产生活使用。

参考文献

[1]王长贵，王斯成.太阳能光伏发电实用技术[M].北京：化学工业出版社，2005.

[2]宋永臣，宁亚东，刘瑜，译.日本太阳能学会.太阳能利用新技术[M].北京：科学出版社，2009.

[3]翟载腾.任意条件下光伏阵列的输出性能预测[D].合肥：中国科学技术大学，2008.