在全球能源紧张与环境污染严重的今天,合理的解决全球性能耗问题尤为重要。其中,以清洁能源利用为代表的太阳能光伏技术及热泵技术是目前应用广泛且节能效果明显的可再生能源利用方式,其合理的应用可以有效解决建筑能耗过大的问题。但目前应用多为单一的光伏光热组件与热泵机组结合,或者是依靠电网和蓄电池维持稳定性的光伏驱动式热泵,限制了光伏与热泵有效节能的应用。因此,本文针对光伏直接驱动式热泵系统的运行性能进行了探究,针对系统中存在的太阳能利用率过低的问题进行改进,以期获得太阳辐照与系统供热间的转换规律,给出系统部件改进设计的方法,达到光伏热泵供热过程中高效、节能、环保的目的。本文开展研究工作的主要内容及结论如下:(1)设计搭建了一套2.6 kW光伏直接驱动空气源热泵系统,使用变频压缩直驱技术和蓄热储能模式替代传统光伏空调中用来储能和维持系统稳定运行的蓄电池组,对系统中光伏组件、光伏逆变控制一体机、交流变频压缩机、冷凝器等系统部件之间的能量传递机理进行了探究,给出了系统性能评价方法。(2)对所构建的2.6 kW光伏热泵系统进行了性能测试,并针对能量转换特点设定了工作模式。在户用和商用两种模式下的压缩机能效比(EER)分别为2.90、2.70,系统整体性能(COP)分别为0.350、0.328,可满足24.9 m~2房间户用模式13 h或商用模式19 h以上的供暖需求,系统在太阳瞬时辐照度不低于161 W/m~2波动时均可维持压缩机稳定运行而不停机。(3)针对系统中存在的太阳能资源利用率过低的问题,将系统储热容量进行扩大蓄能容量的研究,同时扩大了供暖房间面积。结果表明:系统COP较扩容前降低了9.71%,但系统制热量提升了67.9%,有效提升了系统的供热性能;扩容后的系统在单级及梯级加热模式下的系统COP分别为0.316、0.323,压缩机EER分别为2.508、2.509。通过实验数据阶段性对比结果得出,光伏驱动下的热泵系统较市电模式下压缩机EER分别高出13.09%、5.51%;同时由长期的供暖实验得出,所设计系统可满足72.2 m~2房间夜晚约10.5 h以上的标准供暖需求,可为房间提供适宜供暖温度。(4)通过数据整理分析得出,光伏热泵系统制热量与太阳能辐照接收量间为良好的线性关系,相关性系数最高可达99.93%,经验公式预测误差值为10.17%,具有较高可信度,为后续的光伏热泵系统的设计构建提供了良好的基础。利用已获得的太阳辐照量-热泵系统能效-制热量-供暖需求间的能量转换关系,合理地设计搭配系统部件,可达到系统能效及经济效益的最大化。