风热机组耦合太阳能光伏光热系统的性能分析

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.260218

发电技术 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (2): 422-430.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.260218

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风热机组耦合太阳能光伏光热系统的性能分析

刘琨¹, 辛辉云¹, 冯研¹, 任倩茹², 孙香宇², 钟晓晖²

^1.中国绿发投资集团有限公司，北京市朝阳区 100020
^2.中国科学院工程热物理研究所，北京市海淀区 100190

收稿日期:2025-07-20 修回日期:2025-10-11 出版日期:2026-04-30 发布日期:2026-04-21
作者简介:刘琨(1970)，男，硕士，高级工程师，研究方向为风力发电技术，liukun@cgdg.com；
辛辉云(1989)，男，硕士，工程师，研究方向为控制系统设计，xinhy@cgdg.com；
冯研(1989)，男，博士，工程师，研究方向为太阳能热发电技术，fengyan@cgdg.com；
任倩茹(2001)，女，硕士，研究方向为风能热利用技术，renqianru@iet.cn；
孙香宇(1992)，女，博士，助理研究员，研究方向为风能热利用技术，本文通信作者，sunxiangyu@iet.cn；
钟晓晖(1977)，男，博士，研究员，研究方向为风能热利用技术，zhongxiaohui@iet.cn。
基金资助:
国家自然科学基金项目(52406276)

Performance Analysis of Wind-to-Heat Unit Coupled With Solar Photovoltaic Thermal System

Kun LIU¹, Huiyun XIN¹, Yan FENG¹, Qianru REN², Xiangyu SUN², Xiaohui ZHONG²

^1.China Green Development Investment Group Co. , Ltd. , Chaoyang District, Beijing 100020, China
^2.Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Sciences, Haidian District, Beijing 100190, China

Received:2025-07-20 Revised:2025-10-11 Published:2026-04-30 Online:2026-04-21
Supported by:
Project SupportedFoundation: by National Natural Science Foundation of China(52406276)

摘要/Abstract

摘要：

目的随着“双碳”目标的提出，我国正不断推动能源结构的调整与优化，以实现能源产业的绿色转型和可持续发展。为进一步丰富可再生能源利用形式，有必要对风热机组与太阳能光伏光热(photovoltaic thermal，PV/T)技术耦合系统进行研究。方法在MATLAB/Simulink中对各部件进行了数学建模；模拟了风热机组在切入风速至额定风速范围内的运行特性曲线；分析了不同太阳能辐射强度下，太阳能PV/T组件出水温度随环境温度变化趋势以及风热机组耦合太阳能PV/T系统的性能曲线。结果通过对冬季一天内风热机组耦合太阳能PV/T系统的制热量进行模拟，发现该系统能较好地满足用户的热负荷，同时太阳能PV/T产生的电能也可供用户使用。结论该系统有效提升了清洁能源的整体利用效率，为清洁能源的高效利用提供了新的解决方案，也为能源结构的进一步优化和绿色转型提供了参考。

关键词: 清洁能源, 风能, 太阳能, 风热机组, 光伏光热(PV/T), 供热, 耦合系统, 性能分析

Abstract:

Objectives With the proposal of the “dual carbon” goals, China is continuously promoting the adjustment and optimization of the energy structure to achieve the green transformation and sustainable development of the energy industry. To further diversify the forms of renewable energy utilization, it is necessary to investigate the coupled system of wind-to-heat unit and solar photovoltaic thermal (PV/T) technology. Methods Mathematical models of each component are established in MATLAB/Simulink. The operating characteristic curves of the wind-to-heat unit from cut-in wind speed to rated wind speed are simulated. The variation trends of the outlet water temperature of the solar PV/T module with ambient temperature under different solar radiation intensities, and the performance curves of the wind-to-heat unit coupled with the solar PV/T system, are analyzed. Results Through the simulation of the heat production of the wind-to-heat unit coupled with the solar PV/T system within one day in winter, the results demonstrate that the system can adequately meet the thermal load of users, and the electric energy generated by the solar PV/T module is also available for use. Conclusions The system effectively improves the overall utilization efficiency of clean energy, provides a new solution for the efficient utilization of clean energy, and offers a reference for the further optimization of energy structure and green transformation.

Key words: clean energy, wind energy, solar energy, wind-to-heat unit, photovoltaic thermal (PV/T), heat supply, coupling system, performance analysis

中图分类号:

TK 51

刘琨, 辛辉云, 冯研, 任倩茹, 孙香宇, 钟晓晖. 风热机组耦合太阳能光伏光热系统的性能分析[J]. 发电技术, 2026, 47(2): 422-430.

Kun LIU, Huiyun XIN, Yan FENG, Qianru REN, Xiangyu SUN, Xiaohui ZHONG. Performance Analysis of Wind-to-Heat Unit Coupled With Solar Photovoltaic Thermal System[J]. Power Generation Technology, 2026, 47(2): 422-430.

图/表 11

图1 风热机组系统流程图

Fig. 1 Flow chart of wind-to-heat system

图2 太阳能PV/T结构

Fig. 2 Solar PV/T structure

图3 风热机组耦合太阳能PV/T系统

Fig. 3 Wind-to-heat unit coupled with solar PV/T system

图4 仿真风速

Fig. 4 Simulated wind speed

图5 风热机组的机械功率与制热量

Fig. 5 Mechanical power and heat production of wind-to-heat unit

图6 风热机组的COP

Fig. 6 COP of wind-to-heat unit

图7 机械功率与制热量随风速变化曲线

Fig. 7 Variation curves of mechanical power and heat production with wind speed

图8 COP随风速变化曲线

Fig. 8 Variation curve of COP with wind speed

图9 单位面积发电量与出水温度随太阳辐射强度变化趋势

Fig. 9 Variation trend of power generation per unit area and outlet water temperature with solar radiation intensity

图10 风速和太阳辐射强度全天变化曲线

Fig. 10 Daily variation curves of wind speed and solar radiation intensity

图11 制热量与热负荷全天变化曲线

Fig. 11 Daily variation curves of heat production and heat load

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风热机组耦合太阳能光伏光热系统的性能分析

Performance Analysis of Wind-to-Heat Unit Coupled With Solar Photovoltaic Thermal System

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