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(tǒng)。光伏熱泵可利用光伏發(fā)電供能給熱泵運(yùn)行，也可收集太陽能中的熱能傳遞給熱泵熱交換系統(tǒng)，提高熱泵供暖效率。其產(chǎn)品形態(tài)基本由光伏組件/集熱器及熱泵機(jī)組構(gòu)成，光伏組件/集熱器會(huì)傳遞電力和熱量給熱泵機(jī)組。在光伏供電充足的情況下，還可配臵家庭儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)存白天多余發(fā)電量，理想狀態(tài)下熱泵便可無需市電獨(dú)立運(yùn)作。LG電子便于2021年3月在德國推出了這樣的光伏-儲(chǔ)能-熱泵一體化產(chǎn)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(jù)光伏熱泵系統(tǒng)對(duì)太陽能利用方式不同，可簡單分為三種類型的系統(tǒng)：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(tǒng)，提高了空氣源熱泵對(duì)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(chǎn)生電供熱泵工作；3）同時(shí)利用太陽能光電和光熱輔助熱泵工作。

第三種系統(tǒng)一般會(huì)利用太陽能光伏光熱技術(shù)（PVT），這是一種熱電聯(lián)供的技術(shù)。其核心模塊為結(jié)合了光伏發(fā)電及集熱器功能的PVT集熱器。陽光會(huì)先照射至PVT集熱器上層的光伏電池產(chǎn)生直流電，部分太陽能會(huì)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(dòng)帶走熱量供熱泵進(jìn)行進(jìn)一步利用。這種技術(shù)整合了光伏和熱泵的優(yōu)點(diǎn)，形成了高效的光伏熱泵一體化系統(tǒng)。

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(chǎn)品需同時(shí)購買光伏組件和熱泵組件，費(fèi)用較高，因此目前市面上一體化產(chǎn)品較少。國內(nèi)已有部分廠商推出可后裝的光伏熱泵產(chǎn)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(tǒng)。這些后裝的熱泵組件，有的需要將光伏組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)為交流電，也有的可以直接利用直流電工作。以國內(nèi)品牌哈思的光伏直驅(qū)熱泵為例，產(chǎn)品可用直流電驅(qū)動(dòng)，兼容市面上大部分的戶用光伏。工信部于2022年4月發(fā)布了格力電器牽頭制定的兩份行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——《光伏驅(qū)動(dòng)多聯(lián)式空調(diào)（熱泵）系統(tǒng)》和《光伏驅(qū)動(dòng)冷水（熱泵）系統(tǒng)》，標(biāo)準(zhǔn)會(huì)于2022年10月開始正式實(shí)施。

2.當(dāng)熱泵遇到光伏，1+1>2

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

一體化產(chǎn)品能吸收光伏電池?zé)崃?，提升光伏發(fā)電和熱泵制熱效率。商業(yè)光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率在實(shí)驗(yàn)室理想狀態(tài)下則可高達(dá)25%以上，但實(shí)際應(yīng)用一般在6%~15%。其中一個(gè)原因即是室外光伏組件的效率會(huì)隨溫度的升高而降低，過高溫度也會(huì)加速光伏組件的有機(jī)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(zhuǎn)換效率便會(huì)降低0.5%左右。

此外，部分空氣源熱泵也存在低溫環(huán)境下效率降低，冬季蒸發(fā)器結(jié)霜等問題。太陽能PVT熱泵這類一體化產(chǎn)品同時(shí)改善了上述問題，PVT集熱器不僅使得光伏電池運(yùn)行溫度更低，也通過吸收光熱提升了熱泵的低溫運(yùn)行效率。根據(jù)國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院及東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院的一項(xiàng)聯(lián)合研究顯示，以南京市的工況進(jìn)行試驗(yàn)，太陽能PVT熱泵一體化系統(tǒng)的全年發(fā)電量較獨(dú)立光伏系統(tǒng)高31.5%。一體化產(chǎn)品能最大化的利用光伏和熱泵的優(yōu)點(diǎn)，我們認(rèn)為其未來有望成為光伏熱泵系統(tǒng)中的主流產(chǎn)品。

實(shí)驗(yàn)中光伏熱泵發(fā)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(qiáng)度在一天中并不均勻，因此光伏發(fā)電量與家庭用電時(shí)段并不完全匹配，多余的發(fā)電量只能以低價(jià)余電上網(wǎng)或形成棄電。供暖/熱水熱泵一般會(huì)配有200L~300L的保溫水箱，可以儲(chǔ)存在用電低谷期間運(yùn)行熱泵制熱的熱能。部分熱泵廠家會(huì)針對(duì)光伏供電的熱泵進(jìn)行調(diào)整，在系統(tǒng)檢測(cè)到光伏供電時(shí)將保溫水箱的水溫上限調(diào)高，以達(dá)到儲(chǔ)存盡量利用光伏余電的目的。近年來光伏發(fā)電上網(wǎng)價(jià)格逐漸走低，居民用光伏產(chǎn)生的電，自用比上網(wǎng)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(jī)提速，光伏熱泵前景廣闊

中國光伏戶用裝機(jī)量提速，光伏熱泵空間向好。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2021年我國光伏戶用裝機(jī)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(jī)量分布占新增光伏總裝機(jī)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(yōu)點(diǎn)顯著，我們認(rèn)為光伏戶用比例的提升將進(jìn)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(jī)總量中，中國/歐洲/美國分別占比36.0%/12.8%/12.6%，中國或?yàn)槲磥砉夥鼰岜米畲蟮氖袌觥?/p>

2014-2021年中國新增分布式光伏裝機(jī)量及占整體裝機(jī)量比例

歐洲PVT類集熱器占比相對(duì)較高，光伏及熱泵裝機(jī)量雙增。根據(jù)國際能源署的數(shù)據(jù)，2021年全球PVT集熱器裝機(jī)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(rèn)為未來PVT集熱器普及率的提升，將帶動(dòng)太陽能PVT熱泵產(chǎn)品普及率提高，而歐洲有望成為光伏熱泵一體化產(chǎn)品普及率提升最快的地區(qū)。根據(jù)歐洲光伏產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，歐盟27個(gè)成員國2021年光伏新增裝機(jī)量約為26GW，同比增長34.2%。同時(shí)根據(jù)歐洲熱泵協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，歐盟21個(gè)成員國2021年熱泵銷量218萬臺(tái)，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(biāo)下做出的政策支持。

2021年部分國家光伏裝機(jī)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?xì)馊∨O(shè)備而言，在節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性上有顯著優(yōu)勢(shì)。以美國2022年5月的電價(jià)及燃?xì)鈨r(jià)格測(cè)算，熱泵每年的使用成本分別是電取暖設(shè)備/燃?xì)馊∨O(shè)備的32.7%/70.6%。在美國新建獨(dú)立屋中，空氣能熱泵的滲透率已達(dá)40%左右。根據(jù)歐盟統(tǒng)計(jì)局和美國普查局的數(shù)據(jù)，2020年歐盟28國及美國共有約3.5億戶家庭。

假設(shè)未來歐盟家庭數(shù)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(guī)模將達(dá)2.8億臺(tái)。進(jìn)一步假設(shè)熱泵使用周期為10年，在普及率保持穩(wěn)態(tài)的情況下，每年將有2800萬臺(tái)的規(guī)模。如果此時(shí)光伏熱泵滲透率已達(dá)50%，則光伏熱泵的市場規(guī)模也將達(dá)1400萬臺(tái)以上。一般5kw的戶用光伏系統(tǒng)和10kw的熱泵機(jī)組為歐美家庭常見的選擇，在此基礎(chǔ)上我們假設(shè)未來歐美市場光伏熱泵的產(chǎn)品售價(jià)為10000美元，對(duì)應(yīng)的光伏熱泵穩(wěn)態(tài)市場規(guī)模約為1400億美元。

文章來源：安信證券