现如今,随着人口的快速增长和社会经济的蓬勃发展,全球范围内的能源需求也在不断快速提升。与此同时,不断提高的碳排放量也成为了当今社会的重要环境问题。目前,全球建筑能耗占能源消耗总数的五分之一左右。在2009年,我国的建筑能耗占比已经达到了23.39%,并且这一数字目前依旧在不断的变大。节能技术在我国建筑能源消耗方面有着巨大的发展潜力。随着太阳能、风能这些可持续能源的不断发展,我国的能源结构也必将变得更加合理。同时,作为有着远超电加热及燃气加热效率的热泵技术,能够满足我国部分供热需求。光伏电池的发电效率会受到其工作温度的影响。根据现有的实验结果,多晶硅电池的温度每升高1℃,光电转化效率就会下降0.4%。因此,为了提高光伏电池的效率,目前有很多降低光伏电池温度的研究,其中,PV/T集热器就是一种综合利用光伏光热能源的装置。目前有很多种类的PV/T集热器,主要可以通过工作介质来区分。常见的工作介质有空气,水,制冷剂和热管。当空气和水用作PV/T集热器的工作介质时,空气和水往往也需要承担供热的功能,所以它们会被加热到较高的温度,这就与降低光伏板温度从而提升光电转换效率的初衷产生了矛盾。本文提出了一种PV/T热泵系统,将光伏板与热泵系统结合。热泵系统所用的制冷剂为R290,是一种环境友好型制冷剂,它的臭氧层破坏指数和温室效应指数分别是0和3。热泵的蒸发器固定在光伏板的背部成为一个PV/T集热器,它一方面可以通过蒸发器吸收热量降低光伏板温度提升光电转换效率,另一方面它也能回收一部分无法被转化为电能的太阳能,作为热泵的热源来制备生活热水。同时,由于制冷剂蒸发时温度是固定的,且相比于空气或水作为工质,它的温度更低,所以在系统运行过程中,光伏板表面温度分布更加有利于提升效率。基于上述理论,本文设计并搭建了PV/T热泵热水器的实验台,并于2017年夏季在挪威的特隆赫姆进行相关实验研究。根据实验结果,实验系统的光电转化效率最高可达15.5%,比厂家给出的额定效率高出约6.9%。光伏板的效率主要受太阳辐照,环境温度和太阳光入射角度的影响。环境温度升高会降低光伏板的效率。而太阳辐照对光伏板效率的影响则较为复杂,通常情况下,较强的太阳辐射会一定程度上降低光伏板的发电效率。PV/T集热器能够吸收太阳能中的热能,当太阳辐照较低的情况下,它还能从环境中吸收热能,据实验结果显示,它的集热效率在0.45和0.77之间。冷凝器的供水温度会极大的影响热泵的COP,随着供水温度的不断提升,热泵的COP不断下降。同时,太阳辐照和环境温度对热泵COP有着正面影响。当一箱水从14.8℃加热至50.6℃时,热泵的平均COP可以达到4.3。光电转换效率和COP的相对测量误差分别为5%和5.2%。基于EES,本文建立了PV/T热泵系统的仿真模型,研究了该系统在不同地区及气候条件下的工作情况。通过对比仿真结果和实验结果,该模型的有效性得到了验证。利用该模型,计算了系统在2017年4月30日上海的工作表现,并与2017年5月29日在特隆赫姆的实验结果进行对比,结果表明,较高的环境温度有利于系统综合性能的提升。同时,也利用该模型对PV/T热泵系统在上海,奥斯陆和新德里这三个城市的全年运行情况进行了分析。在计算过程中,月平均气温,太阳辐照和风速被用作环境参数。结果表明,在上海,奥斯陆和新德里,系统的平均COP分别为3.5,2.8和4.4,光电转换效率分别是16.4%,17.3%和15.5%。为了提升系统在缺少日照的寒冷地区的性能表现,可以采用变频压缩机或并联管翅式蒸发器。