风光互补发电联合低温辐射电热地膜系统设计与研究
风光互补电热地膜系统，利用风力发电机和光伏电池板发电，通过控制器和逆变器直接将电能供给电热膜发热供暖，不仅省去了使用蓄电池带来的巨大初投资，还大大增加了风光互补发电系统的使用年限，同时解决了电热地膜消耗电网供电的问题。
系统设计
在某大学实验楼已有的风光互补发电系统及数据自动存储的设备基础上，加装低温辐射电热地膜，电热地膜上安装有木地板，由于风光互补系统中有逆变器，所以可以直接连接交流负载。并且实验楼上有环境在线监测及采样系统，可以实时记录气象数据。系统流程图见图1。
图1系统流程图
该 系统中的风光互补发电部分是根据邯郸市的气象资料，以及太阳能电池板和风力发电机特性，并遵循帕雷托（Pareto）最优解定义，通过比较的方法从全部待 选的系统方案中确定的Pareto最优系统方案，即太阳能发电装机容量与风力发电机装机容量之比为9∶1，电热地膜负荷3846W，为46m3空间供暖， 附加逆变器效率0.92、控制器效率0.98、线路利用率0.98、纬度海拔系数0.8，最终确定光电池板和风力发电机发电量分别为4500W（在标准的 光照条件下）和500W。
系统研究及分析
影响因素分析
选 取室外温度、光照强度和风速作为试验的3个变量，由于该系统保温性能最终体现在房间负荷上，所以忽略房间围护结构各部分保温性能，如果其他房屋使用，只需 要根据实际围护结构算出需要匹配的发电负荷即可。试验结果用负载满足率（试验日风光互补净发电量与负载为满足供暖热负荷所需电量比值的百分数，其中风光互 补净发电量指除去附加逆变器损失与控制器损失之后的风光互补发电量）、基于PMV-PPD评价指标的热舒适性及供暖室内温度来体现，其中室内温度与热舒适 性并不完全相关，并且通过对室内温度和热舒适性的对比，可以得出该种系统的最佳室内温度，从而反过来指导负荷的计算，避免设计温度过高造成能源浪费或者过 低造成舒适性较差。因此，室内温度也作为供暖效果的评价指标之一，表1为该试验各因素及水平的设置。
表1系统供暖效果的影响因素
正交试验结果
图2～4分别显示了光照强度、室外温度和风速对供暖室内温度、负载满足率、热环境满意率（100％与PPD（预计不满意者的百分数）之差）的影响。
图2光照强度对供暖效果的影响
图3室外温度对供暖效果的影响
图4风速对供暖效果的影响
图5为风速、光照强度、室外温度3个因素对供暖系统效果的影响。
图5供暖效果与各因素极差分析
风速、光照强度对供暖效果的影响
在室外日平均温度为9℃时进行试验，对光照强度、风速和供暖效果之间的关系展开全析因研究，以得到较为全面的数据，用以预测供暖效果。依据不同的风速和光照强度，进行了12次试验。
图6显示了光照强度和风速对系统供暖效果的全析因正交试验结果。
图6光照强度和风速全析因试验结果
适用区域与试验验证
根据我国风能与太阳能资源分布情况，满足上述标准并且冬季需要供暖的地区主要分布在山东、河北、新疆、甘肃和内蒙古。
经济性及节能性分析
以 验证试验为例，分析风光互补联合低温辐射电热膜系统的经济性，风光互补供暖系统运行费用远低于传统集中供暖系统，但其初投资远远高于集中供暖系统的接口 费，因此需要通过初投资与运行费用相结合的方法分析该系统的经济性，风光互补供暖系统和集中供暖系统的初投资及运行费用如表3所示。
表3风光互补供暖系统与城市集中供暖系统成本对比
注：表中集中供暖系统为验证试验所在地区。
其中，太阳能光伏发电设备和风力发电机都取其理论寿命的下限20a，将初投资费用均摊到系统寿命期内的每一年，根据式（1），（2）计算风光互补供暖系统的年供暖费用。
将表3中的风光互补供暖费用数据代入式（1），（2），得出使用风光互补供暖系统的费用为1811.8元/a。将表3中集中供暖系统各项费用数据代入式（1），（2），得出使用集中供暖系统的供暖费用为26744.8元/a。
对于同样的建筑，采用风光互补供暖系统与采用传统的集中供暖系统相比每年可节约供暖费用833元，费用节约率达到31.5％，经济性明显。
无 论是城市集中供暖系统还是风光互补供暖系统，其设备制造、安装所消耗的能源量都难以测量，所以将两者供暖运行时消耗的能量作为对比对象。以验证试验为例， 供暖房间的耗热量指标为43.75W/m2，当地供暖度日数（HDD18）为3637℃.d，属于寒冷A区，运用供暖度日数法，单位面积供暖季累计热负荷 为376593kJ。
根据式（3）～（5）计算城市集中供暖系统的耗能量。
根 据式（4）得出该供暖区标准煤（热源部分）耗量为19.04kg/（m2.a），试验所在建筑集中供暖设计耗电输热比为0.0032，代入式（5），得出 热量传输需要消耗标准煤0.12kg/（m2.a）。因此，采用集中供暖时，该供暖区标准煤耗量为19.16kg/（m2.a）。而风光互补供暖系统在运 行时不需要消耗常规能源。因此，使用风光互补供暖系统较传统集中供暖系统，一个供暖季每m2建筑面积可以减少19.16kg标准煤的消耗，少排放CO2气 体47.06kg，节能效果明显。
结论
光照强度达到3kW.h/（m2.d），日均风速达到4m/s的地区采用风光互补发电联合低温辐射电热膜系统供暖能够满足供暖的需求。
对于同样建筑，采用风光互补供暖系统与采用传统集中供暖系统相比，每年可节约供暖费用833元，费用节约率达到31.5％，经济性明显。
采用风光互补供暖系统较传统集中供暖系统一个供暖季每m2建筑面积可以减少19.16kg标准煤的消耗，减少CO2气体排放47.06g，节能减排效果明显。
