太阳能辅助热泵与光伏、光热技术的综合利用

光伏和光热是太阳能直接利用两条不同的技术路线。光伏产业将晶硅电池定义为第一代技术，薄膜电池为第二代，聚光光伏(CPV concentrated photovoltaics )为第三代。将聚光光伏及光热技术结合起来的CPVT ( concentrated photovoltaics and thermal )技术则可以进一步大幅提高太阳能综合利用效率。太阳能辅助热泵可以在其中发挥重要作用。

聚光光伏(CPV)是指将汇聚后的太阳光通过高转化效率的光伏电池直接转换为电能的技术。聚光光伏的效率可高达27%-30%，是光伏的两倍。由于其转换效率高，是建造大型电源理想的太阳能发电技术。然而，CPV的发展与普及遇到一系列技术瓶颈，最主要的问题是如何解决散热。

太阳能电池的转换效率与温度成反比。温度越高硅电池的输出功率越低，温度每增加1℃，效率大约下降0.4%。硅电池正常的工作温度在-45℃—80℃之间。夏日中午硅电池板通常会达到甚至超过正常工作温度范围的上限，导致太阳能电池组件(包括蓄电池)的效率降低。

聚光光伏的太阳光能密度是光伏的几倍、几十倍以致上千倍。光能除部分转化为电能之外，大部分为热能。超高温度对光伏组件的效率产生严重影响，因此，聚光光伏必须有效解决光伏组件的散热问题。散热技术和方法有很多种，例如风冷、水冷、微通道、射流、热管等等。然而，无论采用上述哪项技术和方法都存在成本增加的问题。有没有一种技术既可以满足为光伏组件降温，又可以有效利用太阳光热发电，成倍提高太阳能利用效率的技术呢?

我们称之为“自由能源”技术之一的太阳能辅助热泵可以以最少的能量投入来为光伏组件提供冷源。太阳能辅助热泵实际是将太阳能集热器与热泵的蒸发器整合成一体，通过提高热泵工作温度进而提高热泵综合效率。热泵是一个特殊的装置，它的运行过程不是能量转换，而是能量搬运，即它可以利用环境能量。环境温度越高其综合能效比越高，制热和制冷效率越高。例如热泵在环境温度20℃时COP为5,环境温度31℃时可达到7。

我们可以将硅电池背板作为太阳能集热器，当硅电池背板温度达到80℃时，热泵的COP超过10，冷凝端释放的温度可达90℃。这意味着热泵只要投入1份能量就可以获得10份的制热量以及8.5份的制冷量(制热量通常是制冷量的115%-130%，超出100%部分为压缩机耗能放热)。若采用低沸点有机工质CO2作为介质，以热泵冷凝端释放的90℃高温为高温热源、环境温度20℃为低温热源，有机郎肯循环低温发电机组热机输出的理论效率为22.3%，实际效率约为11%。

太阳能辅助热泵作为冷源不仅可以解决聚光光伏硅电池的散热问题，提高光电转换效率，而且可以利用聚光光伏硅电池吸收的高温热能作为其工作热源，输出11%的功，将光伏和光热技术结合起来，取得事半功倍的效果。