基于混合可持续资源与冷热电自适应协同存储的新型家庭能源管理系统能流图示与?效率分析

针对家庭能源消耗高、CO2 排放大的问题，研究人员提出了一种整合太阳能、风能及冷热电自适应协同存储（AHHES）的新型家庭能源管理系统。通过建立能流与?效率模型，模拟不同季节和天气条件下的运行性能，结果表明系统可再生能源占比夏季超50%、冬季超30%，且热存储罐（HST）、冷存储罐（CST）等关键组件?效率显著高于传统设备，展现了优异的节能潜力。

　　

随着全球能源短缺与环境问题日益严峻，家庭能源消耗作为社会总能耗的20%成为关注焦点，其中住宅供暖占比高达11%。在中国，家庭碳排放甚至占全国总量近半，加剧了温室效应与环境污染。传统能源系统依赖化石燃料，而现有可持续能源技术（如太阳能光伏、光热）多聚焦单一环节，缺乏对能源全链条转换效率的系统分析。更棘手的是，城市密集居住环境限制了大型风力设备的应用，而针对家庭场景的垂直轴风机（VAWT）研究仍属空白。如何整合多种可再生能源、优化冷热电协同管理，成为家庭能源系统转型的关键挑战。

为此，美的空调设备有限公司资助的研究团队提出了一种名为AHHES的自适应混合家庭能源系统，创新性地结合光伏-光热混合模块、微型风电与电网供电，通过冷热电协同存储实现多能流高效匹配。研究通过建立热力学模型、能流图示与?效率分析框架，模拟广州地区不同季节与天气下的系统性能。关键技术包括：1）基于当地气象数据（太阳辐照度、风速）与负荷需求的动态建模；2）采用桑基图可视化能流分布与损耗；3）对比传统设备（如水冷机WC、热泵HP）与新型存储组件（HST、CST）的?效率差异。

Ideas and description of AHHES
系统设计突破性地引入冷热电自适应协同存储架构，通过光伏-光热混合模块、VAWT风机与电网互补供电，结合热存储罐（HST）、冷存储罐（CST）及预热换热器（PHE）实现多能转换。模块化设计使其可依据季节（夏季/冬季）与天气（晴天/风天）动态调整运行策略，例如夏季优先启用太阳能制冷，冬季侧重光热供暖。

Mathematical modeling methods
热力学模型量化了各组件能量转换效率，如PV模块的光电转化率、VAWT的风能捕获效率。能流分析模型揭示系统内能量损耗主要集中于光伏-光热混合模块（占比超60%），而HST与CST的?效率分别达78%和72%，远高于传统热泵（HP）的45%。

Simulation conditions setting
以广州气象数据为基准的模拟显示，夏季晴天可再生供电占比达53%，风天为48%；冬季相应数值为32%与28%。周末负荷增加时，系统通过电网调峰仍保持30%以上的可再生比例。

Conclusion
AHHES通过冷热电协同存储与多能互补，实现可再生能源占比提升（夏季>50%、冬季>30%）及关键组件?效率优化（HST效率达78%）。相比传统系统，其能量损耗降低40%，证实了自适应管理在家庭能源系统中的核心价值。

这项研究为城市家庭能源转型提供了可落地的技术方案，其创新点在于：1）首次将VAWT纳入家庭级混合能源系统；2）通过能流-?效率双维度分析揭示组件级优化靶点；3）验证了协同存储在解决能源品质错配问题中的有效性。未来研究可进一步探索不同气候区的适用性与经济性优化。