兩種點聚焦式菲涅爾聚光光伏光熱系統(tǒng)設計與實驗研究.pdf

1、聚光光伏（CPV，Concentrated Photovoltaics）是通過光學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，同時使電池上的光強以同樣的比例增加。太陽能發(fā)電集熱技術起先是由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流道，通過冷媒工質將熱能帶走，對其進行合理利用。
　　結合本實驗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

2、驗測試研究，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，實現菲涅爾式點聚焦光伏系統(tǒng)與PV/T系統(tǒng)的有效結合，并對其進行戶外實驗研究。本文采用1090倍聚光比的經過聚光勻光優(yōu)化的菲涅爾透鏡，結合光感元件和由電機驅動控制的軸以及計算機PLC控制盒式的雙軸追蹤系統(tǒng)，換熱器設計成采用鋁質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，并在不同條件下進行了實驗測試，通過熱電性能對系統(tǒng)進行研究和評價。(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呈拋物線性關系;在開始時刻，隨著水溫的快速升高，電效率下降;當水溫上升到50℃左右時時，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;輸出的功率與直流電流呈線性正相關，與輸

4、出的直流電壓關系較小。(3)系統(tǒng)熱效率與水箱溫度和DNI有關。隨著水箱溫度的升高，系統(tǒng)熱效率逐漸下降;DNI在13:10之前是一個緩慢上升的過程，而此段時間系統(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)峰值電功率可達到330W，系統(tǒng)瞬時最高電效率高達29.3％，平均電效率為26.2％;當天環(huán)境參數條件下，水箱溫度最高為54.5℃，系統(tǒng)瞬時熱效率可達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)瞬時綜合效率可達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，并在不同條件下進行了實驗測試，通過熱電性能對系統(tǒng)進行研究和評價。直流電流與直射輻照呈正相關線性關系;在開始水箱溫度低于40℃左右時，對輸出直流電壓影響小;水箱溫度過高時

6、，輸出直流電壓上升趨勢減緩;系統(tǒng)峰值電功率可達12.1kW;9:40-17:00，系統(tǒng)發(fā)電量為77kW.h;瞬時最高電效率高達28.9％，平均電效率為27.4％;瞬時最高熱效率可達33.5％，平均熱效率為30.0％;系統(tǒng)綜合效率高達60％。
　　搭建了雷達式菲涅爾高倍聚光光伏光熱系統(tǒng)測試平臺，并在不同條件下進行了實驗測試，通過熱電性能對系統(tǒng)進行研究和評價。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;輸出的功率與直流電流呈線性正相關。系統(tǒng)熱效率與水箱溫度和DNI有關。系統(tǒng)峰值電功率可達到9.16kW，系統(tǒng)瞬時最高電效率達27.6％，平均電效率為25.3％;當天環(huán)境參數條件下，水箱溫度最高為63.5℃，系統(tǒng)瞬時最高熱效率可達50.7％。在從19.2℃上升到63.5℃這段時間，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)瞬時綜合效率可達77.6％以上。
　　綜合上述系統(tǒng)的結論可知，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;輸出的功率與直流電流呈線性正相關，與輸出的直流電壓關系較小;系統(tǒng)熱效率與水箱溫度和DNI有關。隨