近年来,化石能源的逐渐枯竭使得新能源的利用越来越受到人们的重视。在现在开发的各种新能源类型中,太阳能以其充足的储量和其便捷的获取方式受到人们的极大重视。在各种太阳能的利用方式中,太阳能热泵是一种成本低廉、使用广泛、有着良好经济效益和环保效益的利用方式。在我国广大北方地区特别是北方严寒地区农村地区存在的散煤燃烧供暖不仅成本较高,而且会产生大量粉尘等污染大气。因此针对北方严寒地区设计太阳能热泵供暖,在保证负荷供热量充足的情况下优化热泵系统,达到较低的经济成本。本文针对包头地区一独栋两层复式建筑设计了一整套太阳能热泵供暖系统。系统采用为北方严寒地区专门设计的铝排管太阳能集热器作为蒸发器构建太阳能热泵系统。基于包头地区气候环境资料和建筑物本身结构及材质特点,计算了建筑的热负荷量。并针对负荷选取系统各部件包括压缩机、板式换热器、电子膨胀阀、电磁阀等的具体型号。根据热力学及传热学分析铝排管太阳能集热器的吸热状况,针对集热器在不同工况下对太阳能及空气能的吸收情况选取最佳集热器面积以达到集热器部分制造成本和运行成本综合费用最低的要求。分析风速、环境温度、太阳辐照强度对铝排管集热器集热量及集热效率的影响,为集热器安装环境提供参考。为系统建立数学模型分析压缩机、膨胀阀等各部件对系统运行效果的影响,为系统的运行模式提供参考。通过Matlab/Simulink搭建太阳能热泵系统仿真平台,对太阳能集热器集热量及太阳能热泵系统整体性能进行仿真分析。为压缩机的驱动及调速设计一套以SVPWM调制为基础的变频调速电路,并完成变频调速主电路拓扑电路设计及检测电路、IGBT驱动电路设计。对集热器过热度的控制进行研究,设计电子膨胀阀驱动电路,根据每年供暖季开始时气候状况设计电子膨胀阀初始开度。并针对集热器过热度系统非线性和大惯性的特点,在传统PID的基础上设计模糊Simth控制算法控制电子膨胀阀开度,提高系统响应速度,减小系统超调,达到较好的过热度控制效果。