仍然可W产生有用的电力。
[0152] C、蓄能与用能系统的差异。
[0153] 太阳能光伏系统可利用城市电网作为蓄能系统，其蓄能容量可认为接近无限大， 是理想的蓄能系统，即可认为光伏发电系统所产生的电能除去系统内部损耗外，全部可加 W利用；而太阳能光热采暖系统受蓄热水箱容积的限制，在供暖负荷需求小的供暖初期和 供暖末期，由于蓄热量大于水箱蓄热能力，导致蓄热水箱水溫高于设计值，一方面使得集热 系统回水水溫升高，集热板对流换热量增加，将降低集热板的集热效率，减少系统集热量； 另一方面使得蓄热水箱散热损失增加，降低了整个系统的用能效率。
[0154] 同时，受供暖系统用能端的限制，在供暖末期所接收的有效太阳福照能量并不能 完全被利用，存在部分废热量，进一步降低了系统节能性。换句话说，光伏发电可利用城市 电网的调度能力，将富裕的上网电量用于其他用电负荷；而光热系统产生的热水，只能在本 建筑中应用，因此在供暖末期由于热量不能被本建筑用尽，同时也不能"调度"到其他场所 来有效利用，故存在部分不能完全被利用的废热量。
[0155] t能源品味的差异
[0156] 如前所述，晶娃组件的太阳能光伏系统光电转换效率为15%左右；虽然低于太阳 能光热系统的集热效率的35-40%，但是太阳能光伏系统产生的电能相对于太阳能光热采 暖系统产生的55°C左右的热水具有能源品味较高的特点。利用IkWh的电能驱动空气源热 累可W产生约2-3kWi的55Γ左右热水，运从另一个角度显示了光伏系统的节能性。
[0157] 3. 2基于经济性的主动式太阳能系统优化结果
[0158] 在对拉萨典型建筑光热/光电面积对年计算费用的影响中考虑了政府的光伏补 贴及相应的税收。年计算费用最低的太阳能综合利用方案是屋顶全部采用太阳能光伏，即 从建筑经济性角度考虑，建筑屋面应优先采用太阳能光伏与空气源热累复合的能源供应系 统。
[0159] 经详细分析后可知，造成上述结论的主要原因除了节能性原因外还存在下述因 素：
[0160] a、光伏发电财政补贴政策优于太阳能光热利用。
[0161] 根据国家可再生能源相关政策，对采用太阳能采暖与太阳能光伏的建筑，按照可 再生能源利用面积给予一次性补贴，但太阳能光伏建筑除了初投资获得补贴外，后期发电 自用与发电上网均可W获得大量补贴，详见表3,运导致太阳能光伏系统的经济性得W明显 提升。
[0162] b、光伏发电系统的使用寿命高于太阳能光热采暖系统。
[0163] 虽然单位面积太阳能光伏发电系统的造价高于太阳能光热采暖系统，但由于太阳 能光伏系统的寿命为25年，而太阳能光热采暖系统的寿命仅为15年，考虑资金的时间因素 后，缩小了二者初投资的差距，提高了太阳能光伏发电系统的经济性。
[0164] 3. 3建筑节能评价。
[0165] 由最优化系统的全年性能评估结果，上网电量占光伏系统发电量的比例约在 16%-29%之间变化，其中在供暖季节该比值较小，非供暖季节该比值较大，全年上网电量 占光伏系统发电量的比例的平均值为23.0%。运一方面是因为供暖季节光伏发电能力低于 非供暖季节，另一方面供暖季节由于存在供暖系统用电量，整个建筑的用电需求也高于非 供暖季节。
[0166] 光伏系统发电自用部分占建筑总用电量的比例在42%-76%之间，其中非供暖季 节光伏系统发电自用部分占建筑用电量的比例高于供暖季节，建筑全年耗电量的59. 2%由 光伏发电系统供给。运表明若与采用常规电力和空气源热累形式的建筑相比，该主动式太 阳能建筑全年实际消耗电力减少了约60%。
[0167] 光伏发电全年上网电量与建筑全年消耗市网电量的比值约为45%，若W全年为一 个周期进行评价，扣除上网电量后，建筑全年合计消耗电量为实际市网消耗电量的55%，即 若考虑主动式太阳能建筑对市网的贡献，则该主动式建筑全年节能率约为78%。
[016引 W上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用W限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种适用于高原寒冷地区建筑的主动式太阳能系统优化方法，所述主动式太阳能 系统包括太阳能光热单元和太阳能光伏单元，所述太阳能光热单元通过太阳能集热与空气 源热累辅助热源为建筑冬季供暖提供热源，所述太阳能光伏单元通过光伏发电为建筑用电 器、空气源热累W及输送水累提供电源，所述太阳能光热单元和太阳能光伏单元均设置于 建筑屋面，其特征在于：所述主动式太阳能系统优化方法包括W下步骤： a) 、将建筑看作一个开口系统，该系统中全年建筑的电力与热力需求量是恒定的，外界 与系统发生的商品能源交换的通道仅为电力并网点；在满足建筑用热与用电的需求前提 下，外界全年向其输入的商品能源，即市网消耗电量与发电上网电量差值越少，则从能源利 用角度评价，太阳能综合利用系统越优；在满足建筑用热与用电的需求前提下，全年计算费 用越少，则从经济性角度评价，太阳能综合利用系统越优； b)、W上述要求建立优化模型，具体为： ① 系统逐时电量平衡关系： Qf也Ad,J-Qq化)-Qg也Af,J=Qs也Ad,W,Af,J 式中，Qf(h，Ad,J为光伏设备逐时发电量，kWh;Qq(h)为除采暖设备W外的其他设备逐 时用电量，kWh;Q,也为正值时代表逐时上网电量，负值时代表逐时消耗城市电网 电量，kWh;Qg(h,Ar,J为供暖系统逐时消耗电量，kWh;Ad,历光伏发电设备占用屋顶面积， πΛΑr,历光热设备用屋顶面积，m2; ② 系统逐时热量平衡关系： 第h时刻集热器直接供热量可表示为：第h时刻水箱余热量的热平衡方程可表示为：第h时刻由太阳能集热直接供热后不足的热量可表示为（不足热需求将由蓄热量与辅 助热源供热）：第h时刻水箱即时蓄热量可表示为：第h时刻辅助热源供热量可表示为：式中：Q.，(h)为第h时刻集热器集热量，Θ为集热器安装倾角，° ; I化）为第h时刻倾斜面的太阳福照强度，W/m2; Qf化）为第h时刻供暖所需热量，kj; ③ 全年上网电量：式中，Qs,?(Ad,?Ar,J为全年上网电量，k怖； ④ 全年市网消耗电量：式中，Qs,y(Ad,"A,J为全年城市电网消耗电量，kWh; ⑥ 全年能耗量电量来算）： 〇n,h(Ad,IV,Ar, ") -Qs,X(Ad,IV,Ar, ")Qs,IV(Ad,IV,Ar,iv) 式中，Af,J为全年能耗量（w电量来算），kWh; ⑧ 屋顶面积有限约束： Ad.w+Ar.w^A" 式中，为屋顶面积，m2; ⑦ 运行费用： 运行费用可用下式表示：式中，P(Ad,?，Af,J为年运行费用，元；P"(Ad,"，Af,J为年维护费用，即光伏系统与供暖系 统，元； ⑨ 年计算费用： 年计算费用公式如下式：式中，Z为年计算费用，元/a;Κ为初投资，元；i为利率/收益率，％ ;n为生产期，运里 取集热器的寿命，年；P为运行费用；θg为资金回收系数； C)、确定目标函数： ① 从节能最优角度考虑，目标函数为： S=min[Qn'h(Ad'w，Ar,J] =min[Qs'x(Ad'w，Ar,J-Qs'w(Ad'w，Ar,J] ② 从经济最优角度考虑，目标函数为：2.根据权利要求1所述的适用于高原寒冷地区建筑的主动式太阳能系统优化方法，其 特征在于：通过所述优化模型，利用MATLAB软件编制求解程序进行求解，具体为： a)、根据建筑参数及逐时气象参数，计算用户负荷需求； b)、确定初始太阳能光热单元和太阳能光伏单元分别占建筑屋面的面积； C)、结合逐时气象参数W及设备热力和电力特性，得出集热量和发电量，形成系统能流 平衡关系； d)、根据逐时市网消耗电量及逐时上网电量，计算建筑年能耗，并根据年能耗计算出建 筑年度费用； e)、判断建筑年度费用是否小于设定值，若年度费用小于设定值，则获得太阳能光热单 元和太阳能光伏单元分别占建筑屋面的面积的最有配置，并输出，若年度费用大于设定值， 则返回步骤b)，重新确定太阳能光热单元和太阳能光伏单元分别占建筑屋面的面积。
【专利摘要】本发明公开了一种适用于高原寒冷地区建筑的主动式太阳能系统优化方法，所述主动式太阳能系统包括太阳能光热单元和太阳能光伏单元，所述太阳能光热单元通过太阳能集热与空气源热泵辅助热源为建筑冬季供暖提供热源，所述太阳能光伏单元通过光伏发电为建筑用电器、空气源热泵以及输送水泵提供电源，所述太阳能光热单元和太阳能光伏单元均设置于建筑屋面。本发明针对高原寒冷地区的资源、气候以及建筑特征，提出了一种适宜的建筑主动式太阳能利用系统，并利用系统耦合关系与能流平衡约束条件，以经济性与节能性为基础，建立了系统的优化求解模型，为高原寒冷地区建筑采用多种太阳能技术的综合应用提供了支持，使太阳能复合系统的应用得到了推广。
【IPC分类】F24J2/00, F24D15/00, H02S40/44
【公开号】CN105240916
【申请号】CN201510750392
【发明人】戎向阳, 冯雅, 司鹏飞, 刘希臣, 侯余波, 杨正武
【申请人】中国建筑西南设计研究院有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年11月5日