當熱泵遇見光伏，節能又現新空間

1.什么是光伏熱泵？

光伏熱泵（SAHP）是能高效利用太陽能的光伏熱泵一體化系統。光伏熱泵可利用光伏發電供能給熱泵運行，也可收集太陽能中的熱能傳遞給熱泵熱交換系統，提高熱泵供暖效率。其產品形態基本由光伏組件/集熱器及熱泵機組構成，光伏組件/集熱器會傳遞電力和熱量給熱泵機組。在光伏供電充足的情況下，還可配臵家庭儲能系統儲存白天多余發電量，理想狀態下熱泵便可無需市電獨立運作。LG電子便于2021年3月在德國推出了這樣的光伏-儲能-熱泵一體化產品。LG電子也和德國房屋供暖改造商Thermondo合作，于2022年6月推出了熱泵租賃方案，用戶僅需每月支付159歐元即可，避免了較高的初始購臵成本。

根據光伏熱泵系統對太陽能利用方式不同，可簡單分為三種類型的系統：1）僅利用太陽能光熱，通過集熱器吸收熱能并傳遞給熱泵熱交換系統，提高了空氣源熱泵對室外熱能的利用效率；2）僅利用太陽能光電，通過光伏組件產生電供熱泵工作；3）同時利用太陽能光電和光熱輔助熱泵工作。

第三種系統一般會利用太陽能光伏光熱技術（PVT），這是一種熱電聯供的技術。其核心模塊為結合了光伏發電及集熱器功能的PVT集熱器。陽光會先照射至PVT集熱器上層的光伏電池產生直流電，部分太陽能會以熱能被下層的吸熱板吸收，最后透過集熱器中排管中液體的流動帶走熱量供熱泵進行進一步利用。這種技術整合了光伏和熱泵的優點，形成了高效的光伏熱泵一體化系統。

推廣光伏熱泵，后裝式的組件是一種可行的過渡方案。光伏熱泵一體化產品需同時購買光伏組件和熱泵組件，費用較高，因此目前市面上一體化產品較少。國內已有部分廠商推出可后裝的光伏熱泵產品，在已安裝光伏組件的家庭，接入熱泵組件，組成一套光伏熱泵系統。這些后裝的熱泵組件，有的需要將光伏組件產生的直流電轉為交流電，也有的可以直接利用直流電工作。以國內品牌哈思的光伏直驅熱泵為例，產品可用直流電驅動，兼容市面上大部分的戶用光伏。工信部于2022年4月發布了格力電器牽頭制定的兩份行業標準——《光伏驅動多聯式空調（熱泵）系統》和《光伏驅動冷水（熱泵）系統》，標準會于2022年10月開始正式實施。

2.當熱泵遇到光伏，1+1>2

光伏熱泵不是簡單的產品組合，而是1+1>2的解決方案。光伏熱泵有兩大優點：1）控制光伏板溫度以提升發電效率；2）削峰填谷提高光伏使用效益。

一體化產品能吸收光伏電池熱量，提升光伏發電和熱泵制熱效率。商業光伏組件的光電轉換效率在實驗室理想狀態下則可高達25%以上，但實際應用一般在6%~15%。其中一個原因即是室外光伏組件的效率會隨溫度的升高而降低，過高溫度也會加速光伏組件的有機封裝材料和零部件老化，降低光伏組件使用壽命。一般溫度每升高1度，光伏電池光電轉換效率便會降低0.5%左右。

此外，部分空氣源熱泵也存在低溫環境下效率降低，冬季蒸發器結霜等問題。太陽能PVT熱泵這類一體化產品同時改善了上述問題，PVT集熱器不僅使得光伏電池運行溫度更低，也通過吸收光熱提升了熱泵的低溫運行效率。根據國網浙江省電力公司電力科學研究院及東南大學能源與環境學院的一項聯合研究顯示，以南京市的工況進行試驗，太陽能PVT熱泵一體化系統的全年發電量較獨立光伏系統高31.5%。一體化產品能最大化的利用光伏和熱泵的優點，我們認為其未來有望成為光伏熱泵系統中的主流產品。

實驗中光伏熱泵發電量基本覆蓋熱泵耗電量

光伏直接配套熱泵使用也可起到削峰填谷的作用。陽光照射強度在一天中并不均勻，因此光伏發電量與家庭用電時段并不完全匹配，多余的發電量只能以低價余電上網或形成棄電。供暖/熱水熱泵一般會配有200L~300L的保溫水箱，可以儲存在用電低谷期間運行熱泵制熱的熱能。部分熱泵廠家會針對光伏供電的熱泵進行調整，在系統檢測到光伏供電時將保溫水箱的水溫上限調高，以達到儲存盡量利用光伏余電的目的。近年來光伏發電上網價格逐漸走低，居民用光伏產生的電，自用比上網賣電更劃算。而熱泵削峰填谷的作用可提高自用比例，因此提升戶用光伏的整體使用效益。

3.戶用光伏和熱泵裝機提速，光伏熱泵前景廣闊

中國光伏戶用裝機量提速，光伏熱泵空間向好。根據中國光伏行業協會數據，2021年我國光伏戶用裝機量為21.6GW，同比增長113.3%，高于光伏整體13.9%的增速。戶用光伏/分布式光伏裝機量分布占新增光伏總裝機量的39.4%/53.4%，戶用占比及分布式占比均為歷史新高。光伏熱泵家庭使用優點顯著，我們認為光伏戶用比例的提升將進一步打開光伏熱泵的市場空間。在2018-2020年全球新增的光伏裝機總量中，中國/歐洲/美國分別占比36.0%/12.8%/12.6%，中國或為未來光伏熱泵最大的市場。

2014-2021年中國新增分布式光伏裝機量及占整體裝機量比例

歐洲PVT類集熱器占比相對較高，光伏及熱泵裝機量雙增。根據國際能源署的數據，2021年全球PVT集熱器裝機面積為144.3萬平方米，約為全球所有已安裝集熱器面積的0.19%。在所有已安裝的PVT集熱器中，歐洲已安裝面積占比61.3%。我們認為未來PVT集熱器普及率的提升，將帶動太陽能PVT熱泵產品普及率提高，而歐洲有望成為光伏熱泵一體化產品普及率提升最快的地區。根據歐洲光伏產業協會數據，歐盟27個成員國2021年光伏新增裝機量約為26GW，同比增長34.2%。同時根據歐洲熱泵協會數據，歐盟21個成員國2021年熱泵銷量218萬臺，同比增長34.6%。2021年歐洲光伏及熱泵市場雙增，主要原因即是歐洲各國在2050年碳中和目標下做出的政策支持。

2021年部分國家光伏裝機量和熱泵銷量增速

光伏熱泵市場空間廣闊。熱泵相比電取暖及燃氣取暖設備而言，在節能環保和經濟性上有顯著優勢。以美國2022年5月的電價及燃氣價格測算，熱泵每年的使用成本分別是電取暖設備/燃氣取暖設備的32.7%/70.6%。在美國新建獨立屋中，空氣能熱泵的滲透率已達40%左右。根據歐盟統計局和美國普查局的數據，2020年歐盟28國及美國共有約3.5億戶家庭。

假設未來歐盟家庭數目維持不變且80%歐美家庭使用熱泵，歐洲及美國的熱泵存量規模將達2.8億臺。進一步假設熱泵使用周期為10年，在普及率保持穩態的情況下，每年將有2800萬臺的規模。如果此時光伏熱泵滲透率已達50%，則光伏熱泵的市場規模也將達1400萬臺以上。一般5kw的戶用光伏系統和10kw的熱泵機組為歐美家庭常見的選擇，在此基礎上我們假設未來歐美市場光伏熱泵的產品售價為10000美元，對應的光伏熱泵穩態市場規模約為1400億美元。

文章來源：安信證券