2021年8月上建设科技总第435期CONSTRUCTION SCIENCE AND TECHNOLOGY研究探讨太阳能光伏光热(PVT)系统在建筑中的应用研究*韦古强1胡从川1张昕宇2王聪辉2张磊2黄祝连2邓昱2王博渊2(1.都城伟业集团有限公司，北京100020；2.中国建筑科学研究院有限公司，北京100013)[摘要]“碳达峰、碳中和”目标下，可再生能源在建筑中的应用受到越来越多的重视。在诸多可再生能源中，太阳能作为最容易与建筑结合的可再生能源之一，具有清洁、安全、稳定、高效等特点，对其深入开发利用是未来建筑能源结构性改革的需求。本文对国内外太阳能光伏光热系统的技术最新发展现状进行了梳理和总结，研究了太阳能光伏光热(PVT)系统在建筑中的应用方式，分析了太阳能光伏光热系统的典型案例与发展趋势，为实现产业升级、降低成本、扩大应用提供参考。[关键词]太阳能；光伏光热系统；建筑应用Analyze on Application of PV/T System in BuildingWei Guqiang',Hu Congchuang',Zhang Xinyu?Wang Conghui2,Zhang Lei,HuangZhulian2,Deng Yu2,Wang Boyuan2(1.Ducheng Weiye Group Co.,Ltd.,Beijing,100020:2.China Academy of Building Research,Beijing.100013)Abstract:Under the goal of"Carbon Peak and Carbon Neutrality",application of renewable energy in buildings has receivedmore and more attention.Solar energy,more easily combined renewable energy with buildings,is clean,safe,stable andefficient.The in-depth development and utilization of solar energy is needed for future energy structural reform.In thisresearch,the technical development status of PV/T system has been summarized and discussed and so as the applicationmethods of PV/T system in building with typical projects,which could provide reference for industrial upgrading,costreduction and application expansion.Keywords:solar energy,PV/T system,application in building目前，太阳能在建筑中比较成熟的应用方式包括光在太阳能转化为电能的同时，由集热组件中的介质带走热技术、光电技术和光伏光热一体化技术。光热技术主电池的热量加以利用，同时产生电、热两种能量收益。要有太阳能热水、太阳能供暖和太阳能空调；光电技术该技术能够提高太阳能的综合利用率，且能同时满足用则是利用太阳能光伏组件将太阳能转换为电能供用户使户对高品质电力和低品质热能的需求。由于PVT技术用；太阳能光伏光热(Photovoltaic/Thermal,以下简称兼顾发电和产热两方面功能，其单位安装面积的成本低PVT)技术将光伏电池与太阳能集热技术结合起来，于单位面积的光热系统和光伏系统之和，在实际工程应◆项目名称：太阳能光伏光热系统在建筑中的应用研究(SGDC0000KXJS1900153)。D0:10.16116.cnki.sk.2021.15.002(C)1994-2022 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net研究探讨建设科技总第435期用中，相较于单一的光伏系统或光热系统，PVT系统形式的PVT系统进行实验研究，发现水冷型PVT系的投资回收期也具有明显优势。因此，近年来PVT技统的发电和集热效率均优于空冷型PVT系统。此外，术在我国得到了快速的发展。水流量会影响PVT组件的散热效果，Mishra阿通过实验方法对瓦拉纳西的办公建筑屋面集成水冷型PVT组1国外研究现状件的性能进行研究，结果表明与没有水冷散热相比，单国外PVT技术研究起步较早，早在1978年，位面积水流量为1.81kgs时，散热效果最好，可以使Kern和Russell四首次提出了PVT系统的概念并进行光伏电池温度降低20℃，光伏发电效率由7.6%增加到了相应的研究：将光伏电池与平板式太阳能集热器相结9.1%。然而水冷型PVT系统在寒冷地区应用时，容易合，采用水冷模式对光伏电池进行冷却，并首次提出用出现冻结现象导致系统无法正常运行，针对这一问题，水或空气作为冷却介质的热电联用一体化理念。随后许学者提出了一种热管式PVT系统，将抗冻性能较强的多研究者先后从理论、实验、应用方面对PVT系统进热管与PVT集热板结合，不仅可以大幅提高PVT系行了大量的研究与分析，主要目的是为了提升PVT系统的抗冻性能，还可以避免冷却水对集热板芯的腐蚀。统对太阳能的综合利用率，如Bergene指出PVT系但目前热管式PVT系统的实际应用相对较少。统的太阳能利用效率理论上可达60%~80%。集热介质2对光热效率影响较大，可以是空气，也可以是水或制冷国内研究现状剂等液体工质。我国关于PVT系统的研究起步较晚，中国科学技集热介质为空气的PVT系统（也称空冷型PVT术大学可对PVT系统进行了系统的实验研究和理论分系统)结构简单，制作方便、成本较低，因此最早开始析，深入研究了以水流环路代替空气流道的PVT热水进行研究，目前的市场应用较为成熟，适用于空气预一体墙系统，其示意如图1所示，结果表明：在合肥气热、区域供暖、谷物干燥等诸多用途。Bambrook等人候条件下，与普通墙体相比，以水为集热介质的多晶硅间对单通道的空冷型PVT系统进行了实验研究，结果PVT组件安装在建筑南立面时，可以使冬季的建筑热表明该系统的光伏发电效率和集热效率均随着空气质量损失降低78%，夏季得热量降低24%。流量的增加而增大，集热效率变化范围为28%~55%，发电效率变化范围为10.6%~12.2%，说明与单一的光伏系统相比，PVT系统可以大幅增加太阳能利用率。而在建筑中应用时，PVT系统通过降低组件工作温度，进而降低光伏电池对建筑冷热负荷的影响。1999年，Krauter等人设计了一种光伏光热建筑一体化系统Building Integrated Photovoltaic/Thermal,BIPV/T).即在普通墙体的外侧一定间隔处附加PV电池，空气间隔可以实现降低组件温度、提升发电量的作用，可以将出水口水其视为垂直放置的空冷型PVT系统。相关研究结果表明，PVT系统电池板工作温度相较于单一的光伏系统图1水冷式PVT系统与墙体结合示意图降低幅度超过20℃，从而提升太阳能利用率的同时降Fig.1 Schematic diagram of water cooled PV/T system低其对建筑用能的影响。空冷型PVT系统具有系统简combined with wall单、成本较低的优势，但由于空气比热容和密度较小，在实际应用中需要大换热面积和较多的空气流量来降低大连理工大学列对幕墙式PVT系统进行了研究，电池温度，同时该类系统的出口空气温度也较低，太阳其原理见图2。能热利用效率比较低。系统采用制冷剂作为集热介质对PVT组件进行冷以水作为集热介质时，该系统可称为水冷型PVT却，同时通过制冷剂的蒸发相变特性与空腔环境进行耦系统。Tripanagnostopoulos等学者通过对12种不同合换热，利用板式换热器将热量传递到水侧，储存在保(C)1994-2022 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net