摘要：太阳能热联用是将光伏与太阳能组件进行组合串联，让它在能产生电能的同时还是生产热能，大大的提高了太阳能这种清洁能源的利用效率，与分离出来的单个光伏组件和太阳能收集系统比较，太阳能电热联用可以共同使用某一部件比单个的光伏或太阳能生产成本有所降低，还能减少安装面积提高工人安装效率，同时太阳能电热在产品外观上避免了之前单一的光伏和太阳能的复杂组件，使产品外观更加美观，这样在使用过程中还满足人对于美的追求。太阳能的辐射也不是24小时都是不会变化的，伴随着时间和季节的变化，太阳能的辐射有强有弱，所以合理的利用起太阳能就很重要，要不断地观察太阳的运动规律、运动形态，进行系统的总结，不断地改进太阳能电热系统。本文主要从以下几个看法出发1：用水系统2：时间和季节的变化3：太阳能辐射的波动4：水温的规律。

关键词：太阳能;光伏组件;清洁能源

引言：

随着时代的发展，不可再生能源的枯竭，社会发展的脚步逐渐变缓，这也引起了世界各国的重视，转而把目标转向清洁高效循环可持续发展的新型能源上，而太阳能作为我们日常常见的清洁能源，反而对其利用度不是很高。这也是各国国家发现的问题，一时间各个国家的学者对把太阳能能否变成可持续循环再生的清洁能源展开了激烈的讨论。但是受到太阳能在不同时间不同季节的影响，太阳能的收集不稳定等一些原因，如何高效的利用太阳能成为扩大太阳能的产能成为重中之重。太阳能的电热是通过专门的部件（PV/T）将太阳能和太阳能组件进行有效的结合，将太阳能组件变成一个超级的能量收集器，并且同时把这些能源变成电能和热能，从总体提升对太阳能这种清洁能源的利用效率。

电热联用通过系统循环生产，把从太阳能能源吸收组件上产生的能量转换成光电热能，这与单个的光伏和集热系统相比，因为是二合一的效果，从材料上看因为可以共用一些部件，从而减少了材料的成本，而产品则因为材料的减少得到了更小的体积，而且也更加美观和实用。由此可见太阳能电热联用系统是一种应用前景十分广阔对太阳能利用的一种有效的方式方法。虽然在此之前就有类似于电热联用的概念，也有一些研究，但国内目前还是比较少见的，所以我还将对太阳能的电热联用系统进行一个简单的一个概述。

一、PV/T系统的基本形式

（一）PV/T的形式和性能比较

太阳能的电热联用主要可以分为三个大点：PV/T集热器、电能利用部件、热能利用部件。其中以集热器为主体核心部件，按照以往的产品来看，集热器的种类还是比较繁多的，也有很多不同的标准去规范这些集热器形成类别。例如按照集热流通类一般可以分为两种1：水型集热器2：空气型集热器，按照PV/T系统上的盖板则可以大致分为三类1：无PV/T盖板2：有PV/T单盖板3：PV/T复合型盖板，同样PV＼T系统的结构也可以细分为管板式和渠槽式，而其中的材料也可以细分为单硅晶、多硅晶、非硅晶等，其中的盖板则主要是玻璃结构和特殊塑料，而形成的能源的介质主要是空气和水，目前的吸热转换能源的材料更多的是铜与塑料为多。以此可见因为每一种材料的不同，所以太阳能的集热器大致是一样的，但是细分是有所不同的。所以下面主要罗列两种较为常见的集热器来介绍。

（二）水型PV/T集热器

水型PV/T集热器主要是以水为媒介为集热器工作。从集热器的产品造型和结构来看，水型集热器大部分材料结构是管板式结构。管板式结构，就是将结构与太阳能收集板进行紧密连接，像电线线路一样有规则均匀的排列，与我们常见的太阳能热水器是有点类似的，太阳能收集器与管道直接互相紧密连接，而水则在下面流动，带走管壁上的热能。在整个水型集热器周围都会有保温材料，避免热量的流失。一般水型集热器的盖板材料都是玻璃或者是特殊高透光的塑料材质。所以有盖板的水型集热器一般是用于家庭当中，无盖板的基本是用在室外大型游泳池的加热当中。

（三）空气型PV/T集热器

空气型的集热器顾名思义，主要还是以空气为媒介的一种PV/T形式。在其设计结构上基板采用了沟渠式的结构，就是在太阳能收集板下方留有一定空间，让空气流通，或者做成更深的空气管道，然后通过空气的流通去带走并且吸收热能。而其空气流通的结构一般都是设于集热器线路板下方的，有单管和双管设计，其空气流通的方向有顺风和逆风，然后通过对空气的加热实现室内温度的提升，或者热能转换器加热水。

而水型集热器与空气集热器相比俩者之间各有优点也各有缺点，比如空气集热器的结构简单只需开槽，一般来说造价会相对较低，一般常见的太阳能电池板就会使用这种方法，而且不会存在管道破裂介质流失不易修复的特点，同时也不会因为极端天气造成的危险，但是相对而言空气集热其的缺点也很明显，因为靠空气做为介质，导致工作环境温度高，所以能源的转换率不高，且需要较多的空间去设计空气流通的管道，而且如果需要用其加热水，还需再安装一个换热器还有极大的可能产生一定程度上的噪音。

一般来说空气型集热器主要安装在建造当中主要用于室内通风保温暖空气的效果，其可以分为开环和闭环系统两大类，但是空气采暖的太阳能利用率低下，采暖效果差反而通风效果比较好，但是因为设计结构导致结构简单所以造价就会相对来说比一般同类产品价格低。其中闭环的效果要比开环的室内采暖效果好，因为采取了自然对流采暖的效果，使空气在内部不断加热，但是这种方法也会使内部工作温度上升，从而也会提高了一定能耗，降低了工作效率。就一般的闭环系统的设计同样也会搭配一个额外的风机，从而提高运行效率。所以绝大多数使用空气集热器的还是大型建筑较多，一般家庭还是使用水型集热器比较多。

（四）家庭水型集热器

热水型集热器主要市场是家庭市场，其中最简单的形式就像原来经常见到的普通太阳能热水器一般。在水型集热器上设计一个储存箱，用来储存介质，通过集热器收集的太阳的温度形成对流来加热水，将热量转换到储存箱之中的介质。一般考虑到人的审美储存箱一般是设计在室内拐角不易被发现的地方，通过其设计来不断加热储存箱内的介质。而一般家庭而言，室内空间不如大型建筑内的空间大，而且家庭对于热水的需求更大，所以就水型集热器广泛的受到了家庭市场的欢迎，因为它比空气集热器带来的性价比更加高。

（五）与热泵结合

现在目前的水型集热器和空气集热器还不能摆脱热泵，它们都必须经过热泵转换热源来进行加热，据研究结果表明，热泵在进行热源转换的时候相比较其他产品热泵都比它们有着更高效的热效率和使用效率，但是热泵本身的电能耗能要比其他的产品设施。可是对于市场需求来说热泵与太阳能电热集合器的使用也是有巨大的潜力。

二、电热联用现状研究

（一）理论研究

电热联的发展史已经有了几十年了，在之前就有人提出用水和空气等介质来展现出电热联应用的想法，并在提出的几年后就有人进行了计算机模拟研究，并进行试验，在试验结果与试验实测数据进行对比，然后得出了理论研究和试验研究的结果。

结果显示在PV/T系统的研究上，主要还是对其建立的数学模型进行试验，分析出不同结构和不同环境当中的参数下对其的性能会产生怎样的影响。其中以稳态模型和瞬态模型为主要手段，稳态模型可以提供在一些既定的参数下的数据，瞬态模型可以跟随时间的变化不断更新数据，所以提供的数据则会更加详细一点。

（二）稳态模型

在试验当中稳态模型使用频率还是比较高的，如果仅仅考虑某一方面，像温度和空气流动方向之类的，就会发现不同结构下的PV/T的集热性能也会不太一样。运用稳态模型对带盖板和复合盖板进行对比研究。该模型依据能量守恒定律，分别考虑各个部件直接的运动平衡，对其进行联动求解。会得出不同状态下得到的参数不同，可以了解到对热效率、电效率、总功率对其运行的影响。

运算的结构也表明了，热效率随着空气在其结构当中流动的速度增加而增加，伴随着空气温度的变化，其内部的耗电功率也不尽相同。因此在太阳能电热运行过程中是存在着最佳的空气流动率的。该数据在整个太阳能电热设计中也提供了有效的信息，然后从中得出结论，液态的集热渠槽的设计是能够最大化效益的设计。但渠槽式的制作过程比较繁琐麻烦，还需考虑电路安全等一系列的设计问题，所以成本也不低，但是与之相比的特质的塑料材质就会相对便宜，最便宜的材料应该还是管板型的制造工艺，也算是不错的代替选择。

（三）瞬态模型

目前稳态模型还是还是占据市场上面占据大多数的，但是用来预测未来的生产的还是瞬态模型，稳态的不足就是不能预测机器运转过程当中可能会出现的问题。所以瞬态的模型虽然不占据主导地位，但是可以引领稳态模型的发展方向。

（四）优化结构对性能的提高

有人对PV/T进行了大量的实验研究，得出了有效的实验成果：效率曲线，具体结果表明，增加玻璃材质可以让热效率提高大概有百分之三十左右。而由于太阳能的光线损失的能力效率也会降低百分之十六左右。如果增加光线反射板，把太阳光进行不断地反射折射则可以增加其太阳光的运用效率，在这里指出添加一个材料成本低廉的光线反射材质的板块可以作为开发如何降低PV/T系统成本的一个方向。有设计师设计出了一个矩形的集热器的散热器，把内部材质改变高效散热，与以前的管板式设计相比大大地提高了热传导性。

非晶硅的太阳能电池比热容小，在一百度一下的温度下无明显的电能损耗，而且相对于其他材料成本还有所减少。所以也有不少相关的学者把这种材料运用其中从而降低PV/T的系统成本提高效率。

由于本身电能和热能的意义不同属性也不同，所以也有不少学者用其他概念去对PV/T的系统进行分析优化，通过学者研究表明传统的集热器在高温热能所产出的效率会变小，而将用透明材质的使用，让其中间留有缝隙的话就不会降低其中的电池组能源转换的工作效率。

（五）建筑一体化

目前的PV/T设计目标还是看向与建筑相结合，所以研究建筑一体化是一个市场需求的结果。有学者对于在屋顶上覆盖PV/T材料进行了研究。发现使用该系统增加了屋内的空气温度，还增加了系统的运行效率。这位学者还将这个研究发布出来与典型的居民需求做了一个对比，发现在外墙板上的锯齿结构更便于安装，同时屋顶本身具有一定程度的倾斜，也会更加便于收集太阳光，还能实现在墙体本身和产品自身直接构建一个空气流动通道，让其运动效能更加高效，所以这种建筑一体化的想法还是很有研究意义的。

（六）聚光利用

在集热器的使用过程当中使用聚光技术，可以很好地起到不浪费能源的目的，从而提高整体的能源利用率，因为聚光工作的原理是在集热器在太阳光的照射下，把集热器所折射出去或者是集热器未吸收的太阳能进行收集在折射当中，这种聚光技术在高纬度地区显得尤为明显，首先因为高纬度的地理位置本身在太阳光的照射下就具有一定的角度，所以在集热器运行过程当中肯定会折射出去一部分能源，这个聚光设计就可以很好的利用起来，收集阳光再折射回去，这样还能大大的减少系统成本的同时增强系统的运行效率。

结束语：

电热系统的联用是一个很好的想法，伴随着PV/T系统的成熟，只会让对太阳能利用的效率越来越高，越来越受到大众的欢迎，虽然目前的研究还处于提高能效降低成本的基础上，但是建筑一体化的想法还是有很大应用前景的。虽然目前太阳能的电热联用还是不够商业化，可是随着研究的愈发深入电热联

参考文献：

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[2]关欣，王艳迪，向永涛等.太阳能光伏热水系统的能量梯级利用[J].工程热物理学报， 2012， 33（7）：1240-1242

基金项目：“滨州学院大学生创新创业训练计划项目”资助，项目编号：X202110449633。

作者简介：刘莹（1999.05-），女，汉。