兩種點(diǎn)聚焦式菲涅爾聚光光伏光熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、聚光光伏（CPV，Concentrated Photovoltaics）是通過光學(xué)器件將陽光匯聚到一塊面積很小的光伏電池上，通過提高聚光器的聚光比來縮小焦斑位置處的電池面積，同時(shí)使電池上的光強(qiáng)以同樣的比例增加。太陽能發(fā)電集熱技術(shù)起先是由Kern基于光電光熱綜合利用的思想提出的，即在光伏組件的背面鋪設(shè)流道，通過冷媒工質(zhì)將熱能帶走，對其進(jìn)行合理利用。
　　結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室對平板式高倍聚光光伏光熱系統(tǒng)和蝶式高倍聚光光伏光熱系統(tǒng)的理論研究和實(shí)

2、驗(yàn)測試研究，本文提出并搭建一種菲涅爾高倍聚光光伏光熱系統(tǒng)單模組測試樣機(jī)以及兩種新型的菲涅爾高倍聚光光伏光熱綜合利用系統(tǒng)測試平臺，實(shí)現(xiàn)菲涅爾式點(diǎn)聚焦光伏系統(tǒng)與PV/T系統(tǒng)的有效結(jié)合，并對其進(jìn)行戶外實(shí)驗(yàn)研究。本文采用1090倍聚光比的經(jīng)過聚光勻光優(yōu)化的菲涅爾透鏡，結(jié)合光感元件和由電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的軸以及計(jì)算機(jī)PLC控制盒式的雙軸追蹤系統(tǒng)，換熱器設(shè)計(jì)成采用鋁質(zhì)材料制作而成的一種槽道式裝置，水路采用同程式系統(tǒng)組成的新型系統(tǒng)。
　　搭建了菲涅爾

3、高倍聚光光伏光熱單元測試樣機(jī)，并在不同條件下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試，通過熱電性能對系統(tǒng)進(jìn)行研究和評價(jià)。(1)系統(tǒng)電效率主要受DNI(directnormal irradiance)和水箱溫度的影響。電效率與DNI呈拋物線性關(guān)系;在開始時(shí)刻，隨著水溫的快速升高，電效率下降;當(dāng)水溫上升到50℃左右時(shí)時(shí)，系統(tǒng)電效率下降趨勢加快。其中，DNI是影響系統(tǒng)電效率的主要因素。(2)系統(tǒng)輸出的直流電流與DNI呈線性正相關(guān);輸出的功率與直流電流呈線性正相關(guān)，與輸

4、出的直流電壓關(guān)系較小。(3)系統(tǒng)熱效率與水箱溫度和DNI有關(guān)。隨著水箱溫度的升高，系統(tǒng)熱效率逐漸下降;DNI在13:10之前是一個(gè)緩慢上升的過程，而此段時(shí)間系統(tǒng)總效率下降較快。在13:10后，DNI呈下降趨勢，系統(tǒng)的總效率下降略緩，但整體是下降趨勢。(4)系統(tǒng)峰值電功率可達(dá)到330W，系統(tǒng)瞬時(shí)最高電效率高達(dá)29.3％，平均電效率為26.2％;當(dāng)天環(huán)境參數(shù)條件下，水箱溫度最高為54.5℃，系統(tǒng)瞬時(shí)熱效率可達(dá)55.0％，在水溫上升階段平均熱

5、效率為29.0％;水溫從25-40℃，系統(tǒng)的平均熱效率為35.8％;40-54.5℃，系統(tǒng)的平均熱效率為16.3％;隨著輻照的下降，水溫開始下降。系統(tǒng)平均綜合效率為51.5％，系統(tǒng)瞬時(shí)綜合效率可達(dá)83.5％以上。
　　搭建了推拉式菲涅爾高倍聚光光伏光熱系統(tǒng)測試平臺，并在不同條件下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試，通過熱電性能對系統(tǒng)進(jìn)行研究和評價(jià)。直流電流與直射輻照呈正相關(guān)線性關(guān)系;在開始水箱溫度低于40℃左右時(shí)，對輸出直流電壓影響小;水箱溫度過高時(shí)

6、，輸出直流電壓上升趨勢減緩;系統(tǒng)峰值電功率可達(dá)12.1kW;9:40-17:00，系統(tǒng)發(fā)電量為77kW.h;瞬時(shí)最高電效率高達(dá)28.9％，平均電效率為27.4％;瞬時(shí)最高熱效率可達(dá)33.5％，平均熱效率為30.0％;系統(tǒng)綜合效率高達(dá)60％。
　　搭建了雷達(dá)式菲涅爾高倍聚光光伏光熱系統(tǒng)測試平臺，并在不同條件下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試，通過熱電性能對系統(tǒng)進(jìn)行研究和評價(jià)。系統(tǒng)電效率主要受DNI和水箱溫度的影響。其中DNI是影響系統(tǒng)電效率的主要因素

7、。系統(tǒng)輸出的直流電流與DNI呈線性正相關(guān);輸出的功率與直流電流呈線性正相關(guān)。系統(tǒng)熱效率與水箱溫度和DNI有關(guān)。系統(tǒng)峰值電功率可達(dá)到9.16kW，系統(tǒng)瞬時(shí)最高電效率達(dá)27.6％，平均電效率為25.3％;當(dāng)天環(huán)境參數(shù)條件下，水箱溫度最高為63.5℃，系統(tǒng)瞬時(shí)最高熱效率可達(dá)50.7％。在從19.2℃上升到63.5℃這段時(shí)間，系統(tǒng)平均熱效率為29.31％;19.2-30.0℃，系統(tǒng)平均熱效率為41.32％;30-50℃，系統(tǒng)平均熱效率為28.1

8、％;50-63.5℃，系統(tǒng)平均熱效率為15.1％，60-63℃，系統(tǒng)平均熱效率為10.0％。系統(tǒng)平均綜合效率為53.4％，系統(tǒng)瞬時(shí)綜合效率可達(dá)77.6％以上。
　　綜合上述系統(tǒng)的結(jié)論可知，系統(tǒng)電效率主要受DNI和水箱溫度的影響;電效率與DNI呈拋物線性關(guān)系。其中，DNI是影響系統(tǒng)電效率的主要因素。系統(tǒng)輸出的直流電流與DNI呈線性正相關(guān);輸出的功率與直流電流呈線性正相關(guān)，與輸出的直流電壓關(guān)系較小;系統(tǒng)熱效率與水箱溫度和DNI有關(guān)。隨