太阳能电热联用系统综述教学提纲.doc

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。太阳能电热联用系统综述-文章编号：太阳能电热联用系统综述赵佳飞，骆仲泱*，蔡洁聪，王辉，倪明江（浙江大学热能工程研究所，能源清洁利用国家重点实验室，杭州310027）摘要：本文详细综述了目前电热联用系统（PV/T）的研究文献。为了系统地比较目前的研究进展，本文首先概述了PV/T系统的发展，在此基础上总结了各类（气冷式和水冷式，平板式和聚光式）PV/T系统的结构特点，分析比较了各类PV/T系统的性能。为了分析PV/T系统效率，本文详细介绍了PV/T系统效率的试验测试方法和基于辐射传递模型和热平衡模型的理论

2、计算方法。同时本文分析了目前的研究热点：与建筑一体化的PV/T系统以及聚光PV/T系统的未来发展方向。最后，本文结合各类PV/T系统特点，概述了目前PV/T系统的主要优点和存在的有待解决的主要问题。关键词：电热联用；聚光电热联用；气冷式；水冷式；辐射传递模型；热平衡模型-引言太阳能电热联用系统（PV/T）由光伏发电单元和热收集单元共同组成，该类系统可以同时产生电能和热能。在过去的近30年里，研究者对太阳能电热联用系统进行了大量研究，本文在总结介绍国内外研究进展的基础上，不仅将对太阳能电热联用系统的结构设计、性能分析、模拟计算、试验研究、应用状况进行综述，也将在此基础上系统分析目前太阳能电热联用

3、系统的优点和存在的局限和不足。当太阳辐射入射在太阳电池上时，工程应用中仅有不足520（根据不同的太阳电池）太阳入射能转化为电能，而近6070的太阳入射能转化为热能1 CharalambousP.G.,MaidmentG.G.,KalogirouS.A.andYiakoumettiK.,Photowoltaicthermal(PV/T)collectors:AviewJ,AppliedThermalEngineering,2007,(27):275-286.，这部分热能将导致太阳电池表面温度升高，可比环境温度高35，而伴随着温度的升高：（1）太阳电池的逆向饱和电流增加，开路电压下降；（2）太阳电

4、池的吸收能带降低，电池所产生的短路电流增加；（3）太阳电池效率将降低，温度系数达到-0.3%/-0.6%/2 JiJ.,LuJ.P.,ChowT.T.,HeW.andPeiG.,Asensitivitystudyofahybridphotovoltaic/thermalwater-heatingsystemwithnaturalcirculationJ,AppliedEnergy,2007,(84):222-237.。因此，为了回收利用太阳电池产生的热能，同时也为了降低电池温度使其工作在最佳的工作温度，太阳能电热联用系统被提出和广泛研究。但是需要注意到的是：与传统的太阳能热系统和光伏系统相比，

5、太阳能电热联用系统的研究还相对较少，这是目前电热联用系统商业化应用较少的原因之一。对于太阳能电热联用系统的研究早期由Kern和Russel在1978年提出。在随后的几年里，在PV/T系统的结构设计方面，MIT的Hendrie对其进行了主要研究3 HendrieS.D,Photovoltaic/thermalcollectordevelopmentprogram-finalreport,ReportMIT.Lincolnlaboratory,1982.；在PV/T系统的数值模拟计算方面，Raghuraman和Cox等人在1981年到1985期间对其进行了详细研究4 RaghuramanP.,An

6、alyticalPredictionsofliquidandairphotovoltaic/thermal,flat-platecollectorperformanceJ,JournalofSolarEnergyEngineering,1981,(103):291298.5 CoxIII,C.H.,RaghuramanP.,Designconsiderationsforflat-platephotovoltaic/thermalcollectorsJ,SolarEnergy,1985,(35):227241.。在此基础上1988年Loferski,1996年Sopianet以及1997年Gar

7、g,Adhikari等人分别对太阳能电热联用气冷系统进行了应用研究6 LoferskiJ.J.,AhmadJ.M.,PandeyA.,Performanceofphotovoltaiccellsincorporatedintouniquehybridphotovoltaic/thermalpanelsofa2.8KWresidentialsolarenergyconversionsystemA,In:Proceedingsof1988AnnualMeetingC,AmericanSolarEnergySociety,Cambridge,Massachusetts,USA,1988,427432

8、.7 SopianK.,LiuH.T.,YigitK.S.,Kakac,S.,Veziroglu,T.N.,PerfromanceanalysisofphotovoltaicthermalairheatersJ,EnergyConversionandManagement,1996,(37):16571670.8 GargH.P.,AdhikariR.S.,Conventionalhybridphotovoltaic/thermal(PV/T)airheatingcollectors:Steady-statesimulationJ,RenewableEnergy,1997,(11):363385

9、.；而对于太阳能电热联用水冷系统，1991年Bhargava,1994年Prakash,1995年Garg,Agarwal等人对其开展了相应的应用研究9 PrakashJ.,Transientanalysisofaphotovoltaic-thermalsolarcollectorforco-generationofelectricityandhotair/waterJ,EnergyConversionandManagement,1994,(35):972976.10 GargH.P.,AgarwalP.K.,SomeaspectsofaPV/Tcollector/forcedcirculat

10、ionflatplatesolarwaterheaterwithsolarcellsJ,EnergyConversionandManagement,1995,(36):8799.。最近十年来，太阳能电热联用系统的理论研究和试验研究得到了进一步的深入，其中1995年Bergene,Lvvik的研究在细化数值模拟的同时结合了大量的试验研究11 BergeneT.,LvvikO.M.,Modelcalculationsonaflat-platesolarheatcollectorwithintegratedsolarcellsJ,SolarEnergy,1995,(55):453462.，1997年

11、和2000年Platz和Affolter等人的研究则侧重于试验研究分析12 PlatzR.,FischerD.,ZuffereyM.A.,AnnaSelvanJ.A.,HallerA.,Shah,A.,Hybridcollectorsusingthin-filmtechnologyA,In:Proceedingsof26thIEEEPhotovoltaicSpecialistsConferenceC,Anaheim,1997.13 AffolterP.,HallerA.,RuossD.andToggweilerP.,Anewgenerationofhybridsolarcollectors-a

12、bsorptionandhightemperaturebehaviorevaluationofamorphousmodulesA,In:Proceedingsof16thEuropeanPhotovoltaicSolarEnergyConference,Glasgow,UK,2000.，在此期间德国丹麦等国也不断有商业公司加入到该领域的应用研究中14 RockendorfG.,SillmanR.,PodlowskiL.,LitzenburgerB.,PV-hybridandthermo-electric-collectorsA,In:ProceedingsofISES1999SolarWorl

13、dCongressC,July49,Jerusalem,Israel,1999.15 SrensenB.,ModellingofhybridPV-thermalsystemsA,In:Proceedingsof17thEuropeanPhotovoltaicSolarEnergyConferenceC,October2226,Munich,Germany,2001.。而从2000年到2006年里，Tripanagnostopoulos,Zondag等人带领的研究小组对太阳能电热联用系统进行了最新的试验与模拟计算对比研究，并较为全面地分析了系统运行成本16 Tripanagnostopoulos

14、Y.,CosteffectivedesignsofbuildingintegratedPV/TsolarsystemsA,In:Proceedingsof21stEuropeanPVSolarEnergyConference,Dresden,Germany,2006.。2005年Zontag和2006年Affolter的关于太阳能电热联用系统的文章不仅介绍目前该系统的技术现状也对该系统的未来发展进行了介绍17 ZontagH.,BakkerM.,VanHldenW.G.J.,AffolterP.,EisenmannW.,FechnerH.,RommelM.,SchaapA.,SorensenH

15、.andTripanagnostopoulosY.,PVTroadmap:aEuropeanguideforthedevelopmentandmarketintroductionofPVTtechnologyA,In:Proceedingsof20thEuropeanPhotovoltaicSolarEnergyConference,Barcelona,Spain,2005.18 AffolterP.,EisenmannW.,FechnerH.,RommelM.,SchaapA.,SorensenH.,TripanagnostopoulosY.,ZontagH.,PVTroadmap,Edit

16、ionofECN,Netherlands,www.pvtforum.org,2006.。从近几十年来的文献研究中可以发现，太阳能电热联用系统的各类技术正在逐步完善，特别是在近几年由于太阳电池原材料的短缺以及光伏效率受到温度限制等因素的影响，太阳能电热联用的研究在国外正逐步受到更多的关注，其中PV/T系统与建筑一体化（BIPV）的结合19 GuiavarchA.andPeuportierB.,PhotovoltaiccollectorsefficiencyaccordingtotheirintegrationinbuildingsJ,SolarEnergy,2006,(80):65-77.，以及

17、与聚光系统的结合更是成为了应用研究的热点，本文将在应用状况部分进行介绍。(a)单向表面流道式PV/T(b)单向背面流道式PV/T(c)双流道式PV/T图1气冷式电热联用系统21Fig.1AirtypePV/Tsystems21PV/T系统结构太阳能电热联用系统可以根据是否采用聚光技术分为1：1）平板式太阳能电热联用系统；2）聚光太阳能电热联用系统。太阳能电热联用系统也可以根据冷却系统的不同分为20 ZondagHA,deVriesDW,vanHeldenWGI,vanZolingenRJCandvanSteenhovenA.A.,TheyieldofdifferentcombinedPV-th

18、ermalcollectordesignsJ,SolarEnergy,2003,(74):253-269.：1）气冷太阳能电热联用系统，气冷系统又根据空气的流动形式分为（a）单向表面流道式PV/T;（b）单向背面流道式PV/T，（c）双流道式PV/T。（如图1所示）21 HegzyA.A.,Comparativestudyoftheperformanceoffourphotocoltaic/thermalsolaraircollectorsJ,EnergyConversion&Management,2000,(41):861-881.2）水冷太阳能电热联用系统（如图2所示），水冷系统根据冷却水

19、流动形式分为：（a）管板式PV/T（Sheet-and-tubePVT-collectors）；（b）流道式PV/T（ChannelPVT-collectors）；（c）自由流动式PV/T（FreeflowPVT-collectors）；（d）双层吸收式PV/T(Two-absorberPVT-collectors)20。11平板式与聚光式太阳能电热联用系统结构平板式太阳能电热联用系统的结构设计与传统的太阳能平板式集热器较为相似，如图1和图2中的各类电热联用系统。电热联用系统与传统集热系统的区别在于除了集热单元以外在其上部又粘结了光伏发电单元，为了尽可能的回收热能，在系统顶部添加了玻璃盖板（根

20、据系统需求，可以选择不同的盖板层数）。而不论在光伏发电系统还是在太阳能电热联用系统，太阳电池的成本占据了两个系统成本的主要部分，采用聚光技术的太阳能聚光电热联用系统减少了电池板的使用面积，成为了目前降低电热联用系统成本的一个重要途径。太阳能聚光电热联用系统与平板式电热联用系统相比，目前的研究主要体现出了以下三点不同：（1）在集热单元的设计上有了更高的要求，在低的聚光比下气冷系统还可使用（1990年Garg等人最早对气冷聚光系统进行了研究22 GargH.P.,AgarwalR.K.,BhargavaA.K.,Theeffectofplaneboosterreflectorsontheperfo

21、rmanceofasolarairheaterwithsolarcellssuitableforasolardryerJ,EnergyConversionandManage,1991,(35):54354.），但随着聚光比的不断增加管板式水冷系统被主要采用。（2）在太阳电池方面，由于传统硅材料太阳电池光伏性能随着工作温度的升高而降低，为了得到更高品位的热能，在高聚光比下IIIV太阳电池与多结太阳电池被主要用于太阳能电热联用系统。（3）近年来不少研究组织也开始了对聚光结构的优化设计，可伸展透镜聚光（stretchedlens（a）管板式PV/T（b）流道式PV/T（c）自由流动式PV/T（d）双

22、层吸收式PV/T图2水冷式电热联用系统20Fig.2WatertypePV/Tsystems20arrayphotovoltaicconcentrator），片形聚光（slat-arrayphotovoltaicconcentrator）,槽式聚光（reflectingparabolictrough），双抛物线聚光（compoundparabolicconcentrator）等技术被应用到了聚光电热联用系统。12气冷式与水冷式太阳能电热联用系统结构气冷和水冷式太阳能电热联用系统结构有多种设计方式，目前常见的设计方式主要如图1和图2所示。在气冷式中以空气作为冷却工质，空气可以在通道里自然循环或强

23、制循环来冷却太阳电池。自然循环冷却可以减小通道面积但冷却效果差，而强制循环可以增强换热有效降低电池工作温度，但却由于风机的使用，使得系统有效电能输出降低。气冷式与水冷式系统相比虽然冷却效率低但却有着结构设计简单成本低的优点。管板式水冷太阳能电热联用系统是一种将传统光热系统与光伏系统直接结合的一种最简单的应用方式（如图2中a所示）。为了保温回收更多的热能可以在顶部加单层或多层的玻璃盖层，但同时会因为玻璃本身的反射作用而降低系统光电效率，目前的应用研究中主要采用了单层或双层或无盖层的设计。流道式水冷太阳能电热联用系统采用了电池板上表面冷却，这就要求冷却工质的吸收峰与太阳电池的吸收峰完全没有重叠，目

24、前均采用水为冷却工质（如图2中b所示）。虽然，模拟计算结果显示该系统的光热效率比管板式高210，而光电效率却下降520，但本文作者认为由于该类系统模型计算时，以往研究者采用水在所有波长范围内吸收系数均为0.16,并未考虑水的吸收率随波长的变化，而导致了模拟计算的光电效率偏低。另外，该系统在设计时需要采用较厚的玻璃夹层来承受水压，导致该类系统在大规模应用时系统沉重且易破碎。自由流动式水冷太阳能电热联用系统中冷却水自由流动（如图2中c所示），与流道式相比结构上减少了玻璃夹板，减少了系统成本和太阳辐射能的反射损失，可以避免结构上复杂易破碎的问题，但由于蒸汽压力随温度增加迅速，因此该系统在高温情况下存

25、在着较大工作压力的问题。双层吸收式水冷太阳能电热联用系统（如图2中d所示）最主要的特点是采用了透光太阳电池，该系统虽然有着较高的集热效率3，但由于需要采用特殊的太阳电池而导致了系统成本过高。2PV/T系统性能分析PV/T系统主要有光热单元和光电单元组成，其系统效率包括了光电效率和光热效率，而PV/T系统仍以得到较高的光电效率为主要目的，因此，确保太阳电池工作在较低的温度水平，保证稳定的光电效率成为PV/T系统性能研究的主要目标。对于PV/T系统的性能研究目前主要采用了试验测试和数值模拟计算两种方法。21PV/T系统试验研究图3电热联用系统2Fig.3PV/Tsystems2在PV/T系统中光热

26、单元主要依靠冷却太阳电池而回收热能，因此在PV/T系统设计和试验以及工程应用中，关键技术之一便是保证光热单元中集热板与太阳电池的良好导热结合2。而PV/T整个系统有光热回路与光电回路组成，如图3所示。在PV/T系统中主要通过测定系统进出口工质温度、循环流量、太阳电池的最大工作点电压电流、以及太阳辐射强度等工作参数（，），确定系统的光电效率光热效率以及系统总效率（，）。（1）（2）（3）211系统效率影响参数目前的试验研究表明，在PV/T系统众多参数中，冷却工质流量（），冷却工质进口温度（），玻璃盖板层数（），以及入射太阳辐射强度（）是影响PV/T系统效率的重要因素23 Charalambous

27、PG,MaidmentGG,KalogirouSAandYiakoumettiK,Photovoltaicthermal(PV/T)collectors:AreviewJ,AppliedThermalEngineering,2007,(27):275-286.。PV/T系统的冷却工质循环可以分为自然循环和强制循环，强制循环系统冷却效果好热回收率高，但需要外置工作泵，增加了系统能耗，降低了系统的总输出功率。从自然循环到强制循环，冷却工质流量增加，PV/T系统的光热单元热回收能力增强，系统热效率提高但系统能耗也将增加。虽然循环流量是影响系统效率的一个重要因素，但是目前的研究对于系统的最佳循环流量并

28、没有统一的结论，Bergene与Lovvik11，Chow24 ChowTT,Performanceanalysisofphotovoltaic-thermalcollectorbyexplicitdynamicmodelJ,SolarEnergy,2003,(75):143-152.等研究者结合数值模拟认为冷却工质的最佳流量应在0.001-0.008kg/sm2，而Garg与Agarwal25 GargHPandAgarwalRK,SomeaspectsofaPV/Tcollector/forcedcirculationflatplatesolarwaterheaterwithsolarce

29、lls,EnergyConversionandManagement,1995,(36):87-99.等人的研究报告认为最佳流量为0.015kg/sm2。除此之外，冷却工质的进口温度也同样重要地影响着冷却效果，在相同的工作条件下，随着入口温度的升高冷却效果迅速下降，系统的热效率将迅速下降，当进口温度由环境温度25升高40，PV/T的系统热效率可由60下降到30之多。冷却工质的流量和入口温度虽然对PV/T系统的光热效率有着重要的影响，但对于系统的光电效率的影响相对较小2。而PV/T系统的玻璃盖板层数（），以及入射太阳辐射强度（），对PV/T系统效率也有着重要影响。入射太阳辐射强度增强可以有效地提高

30、系统总输出能，也可以提高系统的光电效率，但是过高的入射强度（在不同聚光比下）可以导致电池板温度迅速升高，在不能保证有效的冷却效果时光电效率反而降低。而系统的玻璃盖板层数增加可以增强系统保温，有利于系统的光热效率提高，但由于玻璃盖板对太阳入射辐射的反射作用导致太阳电池接受太阳辐射能减少，系统光电效率降低。对于管板式PV/T系统，在冷却工质入口温度=25，太阳入射辐射=800W/m2时，双层盖板PV/T系统光热效率比无盖板PV/T系统光热效率高8，而系统光电效率低1.8%20。212系统试验效率BuangB.J.等人26 HuangBJ,LinTH,HungWCandSunFS,Performan

31、ceevaluationofsolarphotovoltaic/thermalsystemsJ,SolarEnergy,2001,(70):443-448.在1999年利用多晶硅太阳能电池与玻璃盖板直接封装技术，对管板式PV/T系统进行了试验测试，在不同的冷却工质的入口温度和日照强度下，系统的光电效率稳定在9，而光热效率最高可达到44.5%。TripanagnostopoulosY.等人27 TripanagnostopoulosY,NousiaTh,SouliotisMandYianoulisP,HybridPhotovoltaic/ThermalsolarsystemJ,SolarEner

32、gy,2002,(72):217-234.2002年分别对水冷式和气冷式PV/T体统进行了对比试验研究，试验结果显示水冷系统效率高于气冷系统，系统光电效率可以达到13%，而光热效率可以达到60；同时该研究小组也采用漫反射镜与PV/T系统结合，研究了在低聚光比（CR=1.35）下的系统性能，测试结果表明采用漫反射镜，系统光电效率可以比单独太阳电池高3.2%，可以使系统总效率提高近16。2005年ArvindTiwari等人28 TiwariArvindandSodhaMS,PerfermanceevaluationofsolarPV/Tsystem:Anexperimentalvalidatio

33、nJ,SolarEnergy,2006,(80):751-759.对PV/T系统效率进行了试验和模拟计算验证，其理论模型系统总效率为58%接近于试验效率61.3%；同年Coventry等人29 ConventryJS,Performanceofaconcentratingphotovoltaic/thermalsolarcollector,SolarEnergy,2005,(78):211-222.结合聚光技术（CR=37）对CPV/T系统的研究表明系统光热效率可达到58%，光电效率达到11%。2007年JieJi，Tin-TaiChow等人2的研究小组报告了其设计的PV/T系统效率，系统的日

34、光电效率可以达到10.15%，光热效率达到45%；FraisseG等人30 FraisseG,MnzoCandJohannesK,EnergyperformanceofwaterhybridPV/TcollectorsappliedtocombisystemsofDirectSolarFloortypeJ,SolarEnergy,2007,(81):1426-1438.对PV/T系统全年效率进行了测试，测试结果显示全年的PV/T系统光电效率为6.8%，低于单独的太阳电池全年光电效率9.4%，同时该研究小组也对不同的PV/T系统进行了经济性评定。22PV/T系统模拟研究为了模拟计算PV/T系统的

35、光电效率和光热效率，需要建立两个物理模型：辐射传递模型（光学模型）和热平衡模型。辐射传递模型用于模拟太阳辐射在PV/T系统中的传递过程，确定系统光热单元与光电单元接受到的太阳辐射能；热平衡模型用于模拟PV/T系统的能量传递过程，确定系统光热单元与光电单元的工作温度，进而计算确定系统效率。表1各类PV/T系统模拟计算电光光热效率（TinTa）20Table1ThesimultaneouselectricalandthermalefficiencyofvariousPV/Tsystem（TinTa）20类型光热效率光电效率年均光热效率年均光电效率管板式0盖板0.520.0970.240.076管板

36、式1盖板0.580.0890.350.066管板式2盖板0.580.0810.380.058流道式0.650.0840.380.061自由流动式0.640.0860.340.063双层吸收式0.660.0850.390.061太阳电池-0.097-0.072集热器0.83-0.51-研究者对于不同类型的PV/T系统进行了大量的模拟计算，进而对系统进行优化比较设计。不同类型的PV/T系统虽然结构不同，但模拟计算多采用辐射传递模型和热平衡模型。Zondag等人20依据上述模型对不同类型的PV/T系统进行了日效率和年效率的详细计算分析，如表1所示。结合各类系统综合效率太阳电池的成本以及系统设计成本，

37、目前的研究和应用中采用的PV/T系统类型多为板管式结构。因此本文将以板管式PV/T系统为例介绍PV/T系统的辐射传递模型和热平衡模型，其它各类系统模型与其一致，只是形式略有不同。221辐射传递模型图5板管式PV/T系统热流与温度分布图20Fig.5Theheatflowsinthesheet-and-tubePV/Tsystem,togetherwiththetemperaturedistribution.20太阳能辐射在玻璃盖板和太阳电池以及集热板中的传递过程可由下图4表示。图4辐射传递模型31Fig.4Radiationtransfermodel31因为PV/T系统周围环境为空气，所以太阳

38、能在系统各层中传递的反射、透过和吸收可用以下方程表示31 ModestMF,RadiativeHeatTransferM,SanDiego,CA:AcademicPress,2003.：（4）(5)(6)上式中：，（7）因此在确定了PV/T系统中各层的折射率，吸收因子，以及厚度后就能确定太阳辐射能在系统中的传递过程和，和，由于和随波长而变化，通常取其计算结果均值来确定PV/T系统的透过吸收因子20。也有在文献中，假定各层的透射率，吸收率和反射率，以及透过吸收因子，直接近似计算太阳辐射在系统中的传递过程。太阳辐射能在系统中的分布确定后，PV/T系统的光热单元与光电单元获得的太阳辐射能也就确定，进

39、而可以求解热平衡模型。222热平衡模型本文在此以具有单层玻璃盖板的板管式PV/T系统为例来分析PV/T系统的热平衡模型，其各部分能量传递和温度分布可由图5表示：根据上图5中的热流分析和温度分布可以建立如下的热平衡方程.20：（8）（9）(10)(11)(12)其中为太阳电池上部各层的总体透射率，为单个太阳电池的光电效率。在上述的式(8)到（12）中，各热流均可根据热传递公式利用温度（，和）表示，然而在5个热平衡方程中有6个未知温度参数，为了使得热平衡方程有解，通常引入Hottel-Whiller方程(DuffieandBeckman,1991,pp.252-283)来表示温度20（在其他PV/

40、T系统中，可以建立的热平衡方程个数与温度参数个数多为一致，并不需要引入Hottel-Whiller方程）。在引入新的方程后，将辐射传递模型中计算得到的透过吸收因子带入热平衡模型，确定PV/T系统的各个部分温度参数，根据PV/T系统光热效率公式（2）和模拟计算中采用的光电效率公式：（13）（14）最终模拟确定PV/T系统效率。上式中为电热联用系统中太阳电池的光电效率，由于太阳电池只接收到了透过电池上方各层隔板的太阳能辐射，因此PV/T的实际系统光电效率应表示为。3PV/T系统应用前景31建筑一体化PV/T系统、聚光PV/T系统随着光伏技术与建筑一体化应用的发展，气冷式PV/T系统与建筑的结合近年

41、来成为了PV/T系统研究一个热点，该系统可以在保证太阳电池工作温度的同时，为建筑提供低温的生活用热，提高太阳能综合利用效率。目前的建筑一体化PV/T系统仍主要采用空气式冷却。对于气冷式的PV/T系统模拟计算和试验测试研究者已经进行了大量研究，其中Chow在前人稳态模型的基础上提出了动态模型23，并对气冷系统进行模拟和测试。近年来，随着PV/T系统与建筑一体化的研究发展，该系统又进一步与建筑通风系统结合，其中2004年Cartmell，Shankland等人对光电光热通风结合系统进行了详细的应用研究和模拟计算，研究结果表明，虽然该系统总体效率低，但却可以明显降低建筑全年供暖时间。虽然目前与建筑一

42、体化结合的商用PV/T系统还很少，但随着未来光伏技术的发展和太阳电池在建筑中的广泛应用，与建筑一体化的PV/T系统将快速发展32 TripanagnostopoulosY.,Aspectsandimprovementsofhybridphotovoltaic/thermalsolarenergysystemsJ,SolarEnergy,2007,(81):1117-1131.。PV/T系统与聚光技术结合，可以使用低成本的聚光器代替目前高成本的太阳电池，被认为是目前最为有效的降低系统成本的办法32，PV/T系统与聚光系统结合成为了近年来PV/T系统研究的另一热点。1991年Garg等人最初利用平

43、板反射镜与PV/T系统研究了低聚光比的电热联用系统22，而后Garg和Adhikari一起进一步研究了槽式聚光PV/T系统33 GargHPandAdhikariRS,PerformanceanalysisofahybridPhotovoltaic/Thermal(PV/T)collectorwithintergratedCPCtroughsJ,InternationalJournalofEnergyResearch,1999,(23):1295-1304.，其研究表明聚光系统的总效率比非聚光系统效率略有提高。但随着市场太阳电池原材料的紧缺，聚光PV/T系统研究有了进一步的发展。Rosell采

44、用高性能硅太阳电池的低聚光比PV/T系统，光电总效率达到了60，但系统热单元出口水温仍低于6034 RosellJI,VallverdX,LechnMAandIbnz,Designandsimulationofalowconcentratingphotovoltaic/thermalsystemJ,EnergyConversionandManagement,2005,(46):3034-3046.。为了进一步地提高聚光比，使得聚光PV/T系统能够提供高品位的热能，耐高温多结太阳电池随之被应用在聚光PV/T系统中。虽然，目前该类系统的理论工作温度可以达到24035 MittelmanG,Krib

45、usAandDayanA,Solarcoolingwithconcentratingphotovoltaic/thermal(CPV/T)systemsJ,EnergyConversionandManagement,2007,(48):2481-2490.，但是在实际的应用中，该类系统的太阳电池的实际工作温度均低于100，热单元工质输出温度比太阳电池温度低10左右35，温度高于100可以稳定工作的此类聚光PV/T系统目前还没有相关的报告35。32PV/T系统的工程应用1999年Arsenal建立了采用非晶硅太阳电池的PV/T系统，该项目测试优化了气冷式与水冷式两类系统；1999-2003年Sw

46、issFederalInstituteofTechnology建立了1kw的庭院PV/T系统，该系统主要与家庭式的供暖系统结合；2003-2004年CEACommissariatlEnergieAtomique建立了气冷式冷却建筑一体化的PV/T系统；2004年AustralianNationalUniversity建立了300m2，40kwp的聚光PV/T系统，聚光比达到35倍。33PV/T系统的优点与存在的问题PV/T系统与传统的光伏系统光热系统相比较，有着较为明显的优点。在产能方面：PV/T系统在利用太阳电池产电的同时，可以回收利用余热，提高系统的总输出能。在太阳能利用效率方面：PV/T

47、系统的光热光电总输出能高于相应面积的传统光电或光热系统，在建筑中由于屋顶空间有限，PV/T系统结构紧凑，相对高效的特点在建筑一体化应用上，有着重要的意义20。在系统成本方面：PV/T系统单位产能成本低，特别是采用与聚光技术结合可以进一步的降低系统成本同时可以提高系统供热温度。然而PV/T系统的发展和在工程中的实际应用还存在着如下有待解决的问题：1)与传统的太阳电池一样，80%的入射太阳辐射能被PV/T系统反射或直接转化为热能，导致太阳电池的过热以及电池表面的温度分布不均，从而使得太阳电池光电效率降低（0.3-0.6%/）2。2)PV/T系统的光热单元主要从光电单元吸取热量，光热单元的温度将低于光电单元，为了保证太阳电池工作在较低的温度，光热单元只能提供低温的生活用热32。3）气冷式PV/T系统结构简单但光热光电总效率低，水冷系统可以提高