IntegraTE计划伴随着PVT热泵系统快速增长的市场。该计划的一个核心组成部分是在真实条件下进行调查，以调查供暖系统的可靠性和性能。对五栋单户住宅进行多年监测的重要结果现已公布。
■ 对PVT热泵系统的监测表明，在典型的现有建筑中进行改造时，也取得了良好的效率值。
■ PVT集热器和盐水热泵形成一个协调良好的整体系统非常重要。源温度的变化范围可能与空气-水热泵更具可比性。
■ 相当一部分自发电的光伏电力可以直接用于热泵的运行，无需“电网中的中间存储”。与储电系统相结合，可以提高覆盖率。
对PVT集热器的需求正在增加。在过去四年中，他们在德国的销售额增长了近五倍。2022 年，该行业拥有 PVT 收集器，面积约为 19 100 m2安装。光伏热 （PVT） 集热器被认为是盐水热泵的替代品，用于开发地热源。
PVT集热器从太阳辐射和环境中产生电力和热量，并将其提供给热泵以提高其效率和CO2资产负债表。在这种组合中，PVT集热器在一个日历年内产生的可用总能量（即热能和电能）大约是具有相同面积的光伏系统的四倍。
倡议 IntegraTE
为了提高人们对 PVT 集热器与建筑领域热泵相结合提供的具有技术和经济吸引力的能源供应的认识，联邦经济事务和能源部自 2019 年底以来一直在为 IntegraTE 计划提供资金。自2019年12月以来，与弗莱堡的Fraunhofer ISE公司、斯图加特大学建筑能量学、热技术和储能研究所（IGTE）以及哈梅林太阳能研究所（ISFH）合作，三个科学合作伙伴一直在合作。与此同时，来自德国和邻国的16家系统供应商也加入了该倡议。
IntegraTE的一项核心活动是在实际条件下测量PVT热泵系统。IntegraTE的工业合作伙伴能够提出示范房屋，然后配备广泛的测量技术。
“这样一个年轻、充满活力的行业需要科学支持，”IGTE的研究伙伴Harald Drück强调说。现在已经对来自不同系统供应商的第一批具有投资概念的单户住宅进行了为期两年的调查（图2）。监测数据可在IntegraTE网站上公开获得 pvt-energie.de。
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图2：调查的单户住宅一目了然。该项目的简介显示了房屋中的供暖技术和供暖分配系统（地暖或散热器）。该编号对应于可公开访问的监控门户 pvt-energie.de 中的系统编号。房屋 1 的结果是阴影的，因为燃气锅炉与热泵平行安装，因此热泵更有可能通过优先控制系统在有利的天气条件下运行。
JAZ 作为关键参数
评估系统的核心参数是年度绩效系数（JAZ）。它的定义是每年为空间供暖和饮用水供暖提供的热量，与热泵（压缩机、加热元件和控制）以及热源回路中的控制和泵送所需的电能有关。
Fraunhofer ISE的IntegraTE项目经理Korbinian Kramer说：“我们没有将房屋的储热考虑在年度性能系数的系统限制中，因此不同的供热系统对运行结果的影响不大，我们实现了更大的可比性。此外，图2显示了纯粹用于加热操作的JAZ。在这里，不扣除直接用于操作热泵的 PVT 集热器的太阳能份额。
Altenbuch 的单户住宅建筑 JAZ 为 4.2，表现最佳（5 号房屋）。在这里，PVT收集器与花园中的三个地下篮子一起为热泵提供热量。在两个测量年中，JAZ分别为3.3和3.4，瑞典的大型翻新单户住宅（房屋3）也达到了令人满意的效率值。项目经理 Kramer 强调，所有演示系统，无论是新的还是旧的，在前两年都相当稳定。由于与开展工作的专业公司的交流，还可以在能源效率方面优化一些系统。
下面将更详细地研究两家工厂的运营结果，作为新建筑（4号楼）和旧建筑（3号楼）的例子。
10%至40%的PVT电力可由热泵系统直接使用
位于下萨克森州哈斯费尔德的新建住宅楼（4号房屋，190米2生活空间）仅由调制 6 kW 的 PVT 集热器控制Th-盐水/水热泵加热。屋顶上紧挨着一个16-m2-PVT场，3.6 kW艾尔1.8 kW 的纯光伏系统艾尔安装。
对于四口之家居住的4号房屋，监测证实年度绩效数字远远超过3。这一余额包括 7 kW 电加热元件的电力需求，然而，根据 2022 年的月度资产负债表，该电加热元件很少被激活（图 3）。2022 年，供暖系统总共需要 2566 千瓦时的电力。其中，79%用于热泵，13%用于泵和控制的辅助电源，8%的能量直接在加热元件中转化为热量。
Kramer：在运行中，以 PVT 集热器作为热泵唯一热源的 PVT 热泵加热系统实现了与具有 PVT 和地面集热器的系统相似的效率，尽管加热元件的购买成本比地面集热器便宜得多。
图 3 显示供暖系统的效率（由热泵的月性能系数表示）随年变化。也可以看出，夏季占主导地位的饮用水加热高温往往是由热泵产生的，其效率比秋冬季节主导热平衡的中等加热水温更差。
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图 3 房屋 4 的月度能源平衡 – 位于下萨克森州哈斯费尔德的一栋新建单户住宅，其热泵仅从 PVT 集热器场获取热量，并由电加热元件作为额外供暖保护。
在监测过程中，还记录了PVT集热器太阳能电路中的温度。因季节而异。在1月和2月，PVT收集器在该月的能量加权初始温度分别为1.7 °C和0.4 °C。 在某些日子里，PVT收集器在冬季的膨胀温度高达-12°C。 因此，从屋顶到热泵的太阳能电路中的管道必须在建筑围护结构内进行良好的隔热，以免在隔热层的外部形成冷凝水。
在 7 月和 8 月，太阳能电路的平均温度分别为 18.4 °C 和 19 °C。 热泵必须针对这种宽范围的源温度而设计。因此，PVT热泵系统必须始终是一个协调良好的整体系统，Kramer强调。
如果减去与热泵运行同时产生的太阳能份额，年度性能系数将如何增加？根据监测，在电池的帮助下，来自PVT集热器和额外安装的光伏组件的电力覆盖了哈斯菲尔德单户住宅中热泵和加热元件年电力需求的33%。因此，根据这种自我消耗调整后的年度绩效系数从3.9增加到5.9。
来自示范房屋的监测数据显示，在没有电池的情况下，尺寸合理的光伏系统中约有10%至30%的发电量直接用于供暖目的。安装储电系统后，该覆盖率增加到 25% 至 40%。
地热探头的再生提高了土壤作为热源的效率
监测的图表 3 是瑞典一栋经过翻新的大型单户住宅，面积为 340 米2生活空间。这里需要采取行动，因为地热探头——作为盐水/水热泵的唯一热源运行多年——已经大大冷却了土壤。如果在地热探头周围形成明显的“冷漏斗”，则探头的产热率会持续下降。
2020年安装的PVT系统面积为31米2功率为 19 kW艾尔因此，它同时完成三项任务：它直接向盐水/水热泵供电和供热（图 4 中 x 轴上方的黄色柱部分。夏季多余的热量也可以输入地热探头并在那里再生土壤。特别是在 5 月至 9 月期间，PVT 系统将很大一部分热量输送到地面（x 轴下方的橙棕色柱子）。热量的月平衡也显示出一个有趣的效果，即即使在夏季，当没有直接来自PVT收集器的热量时，热泵也会进入地面（X轴上方的棕色条形部分）。
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图 4：11 kW 盐水/水热泵的每月热源热平衡Th在 House 3 – 瑞典一栋经过翻新的独立式住宅，拥有 340 m2 的供暖生活空间。来自 PVT 系统和地面的热量直接流向热泵，以正向显示（x 轴上方）。通过探头送入地面的多余PVT热量出现在x轴下方。
满足瑞典住宅楼供暖和热水热需求的总体余额是多少？热泵25%的源热直接来自PVT集热器场，75%由地热探头提供。来自地热探头的76%的源热最初来自PVT系统。克莱默：“这个示范房表明，用PVT收集器场来补充旧建筑中现有的地热探测场是非常有帮助的，因为这样地热源可以保持多年的效率，而不必扩大甚至更新。
以瑞典的单户住宅为例，测量技术显示，一年中 PVT 电力直接满足了 21% （1427 kWh） 的热泵电力需求。3号房屋没有太阳能电池。2022年的年工作时间从3.4小时增加到4.3小时，如果考虑到光伏直接用电的影响。
在较高的加热回路温度下，年性能因数会降低
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图 5：2019 年测量的有和没有 PVT 的现有单户住宅热泵系统的年度性能系数。蓝点代表空气源热泵，棕色圆点代表盐水热泵。两者都是WP smart im Bestand项目的一部分。黑点显示了 IntegraTE 调查的五栋住宅楼，其中包含 2022 年的数据。
图 5 将以前监测项目中不带 PVT 的热泵系统的现场测试结果与新的 IntegaTE 演示房的结果相结合。每个蓝点代表空气-水热泵，每个棕色点代表盐水-水热泵--在现有的单户住宅中。所调查的五个 IntegraTE 系统的黑点大致介于空气/水和盐水/水热泵的效率之间。克莱默：“这是一个令人欣喜的结果，因为PVT热泵系统是一种更年轻、更不成熟的建筑技术，所以未来肯定还有很大的改进潜力。
即使如预期的那样，图5反映了热泵的年度性能系数取决于加热回路中的流动温度和加热饮用水时的事实，但可以看出，在旧建筑中也实现了良好的效率值。“根据我们的研究结果，PVT热泵系统也非常适合在装修中使用，”克莱默总结道。