熱管式光伏光熱綜合利用系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、太陽能光伏光熱綜合利用(PV／T)技術(shù)將太陽能光伏發(fā)電技術(shù)與太陽能集熱技術(shù)有機(jī)結(jié)合，一方面，可以將太陽能轉(zhuǎn)化為電能和熱能，同時獲得兩種能量的收益，提高了系統(tǒng)太陽能的綜合利用率；另一方面，冷卻流體可以將光伏電池的熱量帶走，從而達(dá)到對電池的冷卻作用，提高其光電轉(zhuǎn)換效率。另外，在PV/T系統(tǒng)中，由于光伏組件與集熱模塊是復(fù)合成一個整體的，因此易于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化生產(chǎn)制作，非常適合與建筑相結(jié)合，可以充分利用建筑外表面所接收到的太陽能。
　　

2、 根據(jù)冷卻工質(zhì)的不同，PV/T系統(tǒng)一般可劃分為水冷型和風(fēng)冷型PV/T系統(tǒng)。據(jù)研究表明，水冷型PV/T系統(tǒng)可獲得比風(fēng)冷型PV/T系統(tǒng)更好的太陽能綜合利用效率，且更具有應(yīng)用前景。但是傳統(tǒng)的水冷型PV/T系統(tǒng)容易受到凍結(jié)，且凍結(jié)時會破壞PV/T模塊板芯，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，因此不能在高緯、寒冷地區(qū)使用。針對這一問題，本文提出了一種熱管式PV/T系統(tǒng)(HP-PV/T)。該系統(tǒng)將熱管傳熱技術(shù)與PV/T技術(shù)相結(jié)合，利用熱管良好的防凍性能和超導(dǎo)熱性

3、能，間接地將PV/T模塊內(nèi)的熱量傳給冷卻水，從而解決了PV/T模塊的防凍問題，同時還可避免由于長期直接通水冷卻而導(dǎo)致PV/T模塊板芯遭受雜質(zhì)的腐蝕，大大延長了模塊的使用壽命。另外，本文還對熱管式PV/T系統(tǒng)進(jìn)行了拓展研究，提出了光伏．太陽能熱泵／熱管復(fù)合系統(tǒng)(PV-SAHP/HP)。該系統(tǒng)具有太陽能-熱管制熱水、太陽能-熱泵制熱水、太陽能-熱泵采暖、空氣源-熱泵制冷、空氣源-熱泵輔助制熱水和空氣源-熱泵輔助采暖等6種運(yùn)行模式，可根據(jù)外界

4、環(huán)境氣象參數(shù)（太陽輻照、環(huán)境溫度）以及用戶的需求，進(jìn)行單個模式的運(yùn)行或多個模式的耦合運(yùn)行，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)太陽能利用系統(tǒng)中由于太陽能的間歇性特點(diǎn)而導(dǎo)致系統(tǒng)不能連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行的不足，大大提高了系統(tǒng)的設(shè)備利用率和增強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)用性。
　　 本文的研究工作主要包括以下幾個方面：
　　 (1)設(shè)計和搭建了熱管式PV/T系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試平臺，并對系統(tǒng)分別采用兩種不同熱管間距(80mm和140mm)、兩種不同集熱器安裝傾角（32°和45°）以

5、及兩種不同循環(huán)水流量(3.7L/min和10.0L/min)時的光電、光熱以及綜合性能進(jìn)行對比測試研究。研究表明，熱管式PV/T系統(tǒng)具有良好的光電、光熱性能，其全天平均光熱效率可達(dá)45.8％，平均光電效率可達(dá)11.2%，平均光電光熱綜合效率達(dá)到52.3%；減小熱管間距和增大循環(huán)水流量有助于提高系統(tǒng)的光電光熱綜合性能；對于合肥地區(qū)，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，系統(tǒng)在32°的集熱器安裝傾角下獲得比在45°的安裝傾角下更高的綜合性能。
　　

6、(2)建立熱管式PV/T系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學(xué)模型，對系統(tǒng)的全天動態(tài)性能進(jìn)行模擬計算，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對比。對比結(jié)果顯示，理論計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果基本吻合。此外，利用驗(yàn)證后系統(tǒng)模型，對系統(tǒng)在不同循環(huán)水流量、不同光伏電池覆蓋因子、不同熱管間距以及不同電池基板涂層材料下的性能進(jìn)行優(yōu)化計算和研究分析，并對系統(tǒng)分別在香港、拉薩和北京地區(qū)使用時的全年性能進(jìn)行模擬預(yù)測和研究分析。
　　 (3)設(shè)計和搭建PV-SAHP/HP系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試平臺，對系統(tǒng)分別

7、在東莞和香港地區(qū)運(yùn)行時的性能進(jìn)行測試研究，討論和分析系統(tǒng)在熱管運(yùn)行模式和熱泵運(yùn)行模式下的瞬時動態(tài)性能變化以及全天的綜合性能，并基于熱力學(xué)第一能源效率和熱力學(xué)第二能源效率的分析方法，對系統(tǒng)在這兩種運(yùn)行模式下的能源效率和火用效率進(jìn)行研究分析，探討最佳的系統(tǒng)耦合運(yùn)行方式。
　　 (4)建立PV-SAHP/HP系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學(xué)模型，對不同太陽輻照強(qiáng)度下系統(tǒng)PVT集熱器-蒸發(fā)器的動態(tài)參數(shù)變化情況進(jìn)行模擬計算和研究分析，并對系統(tǒng)全天的動態(tài)性能變