国际研究团队提出了一种创新性的混合能源系统方案，将光伏光热（PVT） collectors、地下热能储存（BTES）以及双源热泵（DSHP）整合在一起，旨在为牲畜建筑提供空间供暖。这一概念融合了三项互补技术，以提升整体效率并减少对传统化石燃料供暖的依赖。
“集成后的系统几乎可以消除牲畜建筑的电力消耗，”研究负责人弗朗切斯科·廷蒂向《光伏杂志》表示，“PVT不仅提供电能，还提供热能储存在BTES中；BTES允许从地下回收热能；而DSHP则利用地下能源，并在必要时使用空气源，以防止BTES枯竭。”
“我们的分析显示，DSHP消耗的电能几乎完全由PVT单元产生的电力覆盖，”他继续说道，“然而，与传统化石燃料系统或空气源热泵相比，该系统的资本成本仍然显著。另一方面，其成本与标准地源热泵相当，因为PVT和太阳能场的额外成本有助于减少所需的钻孔长度。此外，PVT-BTES-DSHP系统的一个关键优势是显著降低了初级能源消耗。”
原型测试与系统架构
该系统的原型在意大利北部摩德纳省戈利内利的养猪场进行了测试，该农场饲养了500头母猪和2500头断奶仔猪，分布在多个畜舍中。此前，保育舍由一台34千瓦的液化石油气锅炉供暖，并辅以每个房间的 thermal lamps。
PVT-BTES-DSHP系统结合了以下组件：一台能够利用空气或地面作为热源、功率为35千瓦的双源热泵；一个包含8个深30米钻孔的地下热能储存场；一个由24个集热器组成的屋顶光伏光热阵列，提供热能和电能；以及一个管理组件间能量流的集中式太阳能控制站。
PVT阵列与BTES液压连接，基于规则的控制系统确保高效运行，仅在太阳辐射充足或温度梯度有利于热传递时激活循环，从而避免不必要的能量损失。DSHP通过可编程逻辑控制器（PLC）自动化进行中央控制，保持50–55摄氏度的恒定供水温度。它采用先进的压缩机调制和双蒸发器控制来优化性能，在条件允许时优先使用效率更高的地下热源。
运行数据与能效表现
地面与空气源之间的操作切换取决于乙二醇温度阈值，确保效率、防冻保护和可靠的冬季运行，而额外的系统则在极端寒冷条件下管理除霜。所有系统组件均通过基于云的平台进行连续监控，实现温度、压力和性能指标的实时跟踪。
系统设计基于详细的月度供暖需求和太阳能注入负载计算，平衡季节性能源需求与长期地下储存容量以及地表下温度的监管限制。总体而言，集成系统旨在减少对化石燃料的依赖，增强季节性能量储存，并最大化可再生能源在牲畜供暖应用中的使用。
在第一年的监测期间，系统在BTES和建筑供水回路中均表现出稳定的热行为。即使在冬季，BTES出口最低温度也保持在操作限制之上，证实了太阳能辅助的热注入有效防止了地面过冷并避免了储存场的热能枯竭。
最大BTES温度逐渐向春季增加，表明季节性热恢复是由供暖需求减少和间歇性太阳能充电驱动的。在建筑方面，供水温度始终满足保育舍的供暖要求，没有出现急剧下降，而最大值反映了峰值需求时期。温度的稳定性有助于维持稳定的室内条件，通过避免热波动来支持动物福利。
技术启示与行业前景
DSHP主要在11月至4月期间运行，在此期间除霜率仅为3.6%，证实了其强劲的冬季性能。全年系统向建筑输送了147,133兆焦耳的热量，同时消耗了38,917兆焦耳的电力，全年综合性能系数（SPF）为3.78。
该系统还提取了109,425兆焦耳的环境能，其中38.6%来自纯地面运行，6.0%来自纯空气运行，55.4%来自混合运行。这证实了空气源主要用于支持峰值负载，而地下仍是主要的能源提供者。季节性来看，冬季月份以混合运行为主，而春季则有利于纯地面运行，展示了基于条件的自适应源切换。
分析还显示，该系统实现了约4.07的平均性能系数（COP），在有利时期数值超过4。此外，PVT、BTES和DSHP的组合显著减少了钻孔长度的需求，同时实现了与传统系统相当的输出，但地热基础设施需求大幅降低。
“双回路BTES将所需的钻孔热交换器（BHE）长度减少了约三分之一，因为在特定的地点和水文地质条件下，自然地下温度较低，而BTES允许将其提高约5摄氏度，”廷蒂强调道，“然而，并非所有水文地质条件都允许储存太阳能，这可能会通过自然地下水运动消散。”
“提出的配置特别适用于拥有足够可用土地和有利的浅层地热条件的农场，为减少温室气体排放并增强能源韧性提供了切实可行的途径，”他总结道。
该系统在《地热能》杂志上发表的研究《用于牲畜建筑的太阳能辅助地下热能储存耦合热泵：全尺寸安装结果》中介绍。研究团队包括意大利博洛尼亚大学、希腊暖通空调专家Psyctotherm G以及瑞典工程公司MG Sustainable Engineering AB的科学家。
中国作为全球最大的畜牧业生产国之一，正面临严峻的碳排放压力与能源转型挑战。该混合系统通过“光-热-电-储”的多能互补机制，不仅解决了单一可再生能源波动性大的痛点，更通过降低初级能耗提升了经济可行性。对于国内农业设施而言，借鉴其智能控制策略与双源切换逻辑，结合本土丰富的光伏制造优势与地热资源分布特点，有望在北方规模化养殖基地中探索出低成本、高能效的清洁供暖新模式，推动农业领域绿色低碳发展。