太阳能辅助热泵

太阳能辅助热泵（SAHP）是表示一体化的机器热泵和热太阳能电池板在一个单一的集成系统。通常，这两种技术分开使用（或仅将它们并行放置）以产生热水。在该系统中，太阳能热板执行低温热源的功能，产生的热量用于向热泵的蒸发器供热。该系统的目标是获得较高的COP，然后以更高效，更便宜的方式产生能量。

有可能使用任何类型的太阳能热板（片材和管材、压焊、热管、热板）或混合（单声道 / 多晶、薄膜中的组合）与热泵。混合面板的使用是优选的，因为它可以覆盖热泵的部分电力需求，并减少功耗，从而降低系统的可变成本。

该系统的运行条件优化是主要问题，因为两个子系统的性能存在两个相反的趋势：例如，工作流体蒸发温度的降低会产生热量的增加。太阳能电池板的效率提高，但热泵性能下降，COP降低。优化的目标通常是使热泵的电力消耗或辅助锅炉所需的一次能源最小化，该辅助锅炉可提供未由可再生能源覆盖的负荷。

该系统有两种可能的配置，其区别在于是否存在将热量从面板传输到热泵的中间流体。间接膨胀机主要使用水作为传热流体，并与防冻液（通常为乙二醇）混合，以避免冬季结冰现象。被称为直接膨胀的机器将制冷剂流体直接放置在热面板的液压回路内，在此发生相变。^[3]即使从技术角度来看，第二种配置也较为复杂，但它具有以下优点：

• 热面板产生的热量更好地传递给工作流体，这涉及蒸发器的更高的热效率，这与缺少中间流体有关；
• 蒸发流体的存在使热面板中的温度分布均匀，从而提高了热效率（在太阳能电池板的正常运行条件下，由于流体温度升高，局部热效率从流体的入口到出口降低） ;
• 使用混合太阳能电池板，除了前面提到的优点外，还提高了电池板的电效率（出于类似考虑）。

一般来说，使用这种集成系统是一种有效的方法，可以利用冬季热面板产生的热量，由于温度太低，通常不会利用这种热量。

与仅使用热泵相比，可以减少从冬季到春季的天气演变过程中机器消耗的电能，然后最终仅使用热太阳能板来产生所需的全部热量，则可以节省可变成本。

与仅具有热面板的系统相比，可以使用非化石能源来提供所需的冬季采暖的大部分。

与地热热泵相比，主要优点是不需要在土壤中安装管道场，从而降低了投资成本（钻井约占地热热泵系统成本的50％），并且即使在可用空间有限的区域，也可以提高机器安装的灵活性。此外，没有与土壤热贫化有关的风险。

与空气源热泵类似，太阳能辅助热泵的性能受大气条件的影响，尽管这种影响不太明显。太阳能辅助热泵的性能通常受变化的太阳辐射强度而非空气温度振荡的影响。这会产生更大的SCOP（季节性COP）。另外，工作流体的蒸发温度高于空气源热泵中的蒸发温度，因此，总的来说，性能系数明显更高。

通常，热泵可以在低于环境温度的温度下蒸发。在太阳能辅助热泵中，这会产生低于该温度的热板温度分布。在这种情况下，面板对环境的热损失成为热泵的额外可用能量。在这种情况下，太阳能电池板的热效率可能超过100％。

在这些低温条件下的另一种自由贡献与水蒸气在面板表面凝结的可能性有关，这为传热流体提供了额外的热量（通常，这只是太阳能收集的总热量的一小部分）面板，等于冷凝的潜热。

太阳能辅助热泵的简单配置是仅将太阳能电池板作为蒸发器的热源。也可以存在带有附加热源的配置。目标是在节能方面具有更多优势，但另一方面，系统的管理和优化变得更加复杂。

地热太阳能配置可减少管道区域的尺寸（并减少投资），并在夏季期间通过从热面板收集的热量使地面再生。

气溶胶结构在阴天也允许可接受的热量输入，从而保持了系统的紧凑性和安装简便性。