太阳能光热与光电/光热系统在中国不同建筑气候带下的性能研究

文章利用TRNSYS动态模拟软件研究了在我国不同建筑气候带条件下,不同类型的太阳能PV/T集热系统和普通太阳能PT集热系统的各项性能。其中,太阳能PV/T集热系统分为基于普通玻璃型太阳能PV/T集热系统和基于Low-e型太阳能PV/T集热系统。文章探究了基于普通玻璃型太阳能PV/T集热系统和基于Low-e型太阳能PV/T集热系统的电、热性能,分析了这两种太阳能PV/T集热器的光电转化效率,以及这两种太阳能PV/T集热系统和普通太阳能PT集热系统的光热转化效率、太阳能贡献率、一次能源节约率、供热节能率和环境效益等参数。分析结果表明:普通太阳能PT集热系统的吸热量、太阳能贡献率、供热节能率和CO₂减排量均高于太阳能PV/T集热系统;与基于普通玻璃型太阳能PV/T集热系统相比,基于Low-e型太阳能PV/T集热系统的发电量降低了3.77%,但热效率、太阳能贡献率、一次能源节约率、供热节能率和环境友好度均较高。     

小型菲涅尔式CPV/T集热器光热特性研究

为充分利用建筑屋顶,解决光伏光热一体化(PV/T)集热器光电转换效率的高温减益问题,并提高太阳能综合利用率和集热品位,文章构建了一种基于太阳光谱分频利用技术的光伏/光热模块分离式的小型聚光式PV/T集热器。通过建立其光/电/热理论分析模型及TracePro/Fluent数值仿真模型,以南京地区气象数据为例,综合分析其光/电/热性能,结果表明:该集热器以与安装地纬度等值的倾角南北轴向放置时,其年均光学效率为64.97%,工质出口温度为90℃时的系统光电/光热效率分别为12.47%,40.09%,系统综合热效率达72.91%,且其结构简单、外形轻薄,有望实现与普通建筑的有效结合。     

双玻光伏组件PV/T集热器特性及实验研究

利用双玻光伏组件设计了一种新的PV/T(photovoltaic/thermal)太阳能集热器,并对其热转换和传输特性进行研究。制备了透光率分别为50%和10%的2种双玻光伏组件PV/T空气集热系统样机,并对其特性进行实验研究。结果表明透光率50%的PV/T太阳能集热器,其吸热板温度高于双玻光伏组件温度,透光率10%PV/T太阳能集热器中吸热板温度低于双玻光伏组件温度,其最大温度差达到30℃,光伏组件受吸热板温度影响减小,且透光率50%集热系统输出空气温度达94℃,日热效率为49.2%,光伏组件输出效率达到9.5%,具有较好的实用性,实验结果与理论分析结果一致。研究为PV/T太阳能集热器优化设计提供了一种新的途径。     

一种新型全铝扁盒式PV/T热水系统

将单晶硅光伏电池与全铝扁盒式太阳能热水器集热板通过特殊工艺粘结起来,制成了一套自然循环式光伏光热一体化(PV/T)系统,在利用太阳能发电的同时提供热水。于04年7月-10月在合肥地区进行了室外实验,测试并讨论了该系统以不同水量和不同初始水温运行时的光电光热性能。结果表明,当m/Ac>80kg/m2时,这种PV/T热水系统的发电效率在10.15%左右,热效率在50%左右,光电光热总效率可以达到60%左右,光电光热综合性能效率可以达到70%左右。相对于单纯的光伏系统或自然循环式太阳能热水系统,这种PV/T热水系统具有占地面积小、综合效率高等优点。     

非晶硅太阳能光伏/光热空气集热器性能对比实验研究

文章设计了新型非晶硅太阳能PV/T空气集热器,该空气集热器能够解决传统太阳能PV/T热水器在高温波动情况下,晶硅电池热应力大的问题,同时避免了冬季管道发生霜冻的现象。文章通过实验对比,分析了非晶硅太阳能PV/T空气集热器、单独非晶硅光伏电池和传统太阳能空气集热器的能量效率和[火用]效率的差异。分析结果表明:非晶硅太阳能PV/T空气集热器的平均热效率为45.70%,比传统太阳能空气集热器的平均热效率降低了约25.88%;当空气质量流量增大至0.048 kg/s时,非晶硅太阳能PV/T空气集热器中的非晶硅光伏电池的平均电效率高于单独非晶硅光伏电池,它们的平均电效率分别为4.70%,4.54%;非晶硅太阳能PV/T空气集热器的总[火用]效率高于传统太阳能空气集热器的热[火用]效率和单独非晶硅光伏电池的电[火用]效率,非晶硅太阳能PV/T空气集热器总[火用]效率最大值为7.14%。文章的分析结果为非晶硅太阳能PV/T空气集热器的推广提供了参考。     

复合抛物面聚光器（CPC）在光伏/热太阳能系统中的应用及实验

为研究复合抛物面聚光器(compound parabolic concentrator,CPC)在光伏/热(PV/T)太阳能系统中的应用特性,分析CPC-PV/T集热器内部的热传输机理,建立CPC-PV/T太阳能系统的光热、光电能量转换理论。并对系统的光热、光电转换特性进行研究,结果表明,CPC型聚光器在PV/T系统中的应用,一定程度上会导致系统光热转换性能的降低,但能有效提高系统光电转换效率。另外,设计无聚光PV/T太阳能系统样机和CPC型聚光PV/T太阳能系统样机,并对2种样机的光热、光电特性进行测试及对比分析。其中,CPC-PV/T样机的热效率为39.6%、输出电效率5.4%,无聚光PV/T样机热效率为44%、输出电效率仅为4.1%,实验结果与理论分析结果一致。     

探究2种光电光热一体化（PV/T）系统在中国不同建筑气候带下的热电性能

为考察太阳能光伏/热(PV/T)集热技术在中国各建筑气候带下的性能,利用TRNSYS软件,建立基于家用太阳能热水系统的太阳能光电光热一体化系统,分别模拟以单晶硅(Mono-cSi)和碲化镉(CdTe)薄膜为光电采集模块的PV/T集热器在中国各建筑气候带下的性能。结果表明,在中国7种建筑气候区,单晶硅型PV/T具有更高的光电转换效率,然而,CdTe薄膜型PV/T集热器的光电转换效率较为稳定;并且,同一气候区域下,CdTe薄膜型的光热转换效率较单晶硅型高约10%。综合评估后发现,CdTe薄膜型PV/T系统气候适应性更强,具有更大的实际应用潜力。     

矩阵型聚光光伏光热一体化系统设计与分析

提出一种新型矩阵型聚光光伏光热一体化系统,基于热管技术,设计并制作热管式光伏光热一体化(PV/T)集热器,具有传热效率高等优点。其次,基于平面镜反射原理,设计矩阵型聚光器,架构简单。为了验证矩阵型聚光器的可行性,在Solid Works三维设计软件中绘制出矩阵型聚光器的三维实体模型,将该实体模型导入Trace Pro中进行光学分析,光学效率达到68.7%,仿真结果表明,本文设计的矩阵型聚光器是合理的、可行的。最后,本文提出聚光光伏光热一体化(c-PV/T)系统的光电光热总效率和光电光热综合效率,综合评价c-PV/T系统的系统性能。     

新型管板式太阳能PV/T集热器光热特性研究与优化

为提高太阳能光伏/光热（PV/T）集热器全年运行效率,提出一种新型管板式太阳能PV/T集热器结构,并针对该集热器光热传递与光电转换过程进行分析,建立水和空气同时运行时的二维非稳态传热数学模型;在验证模型可靠性的基础上,模拟研究空气流道高度和空气流量等设计参数对PV/T集热器光热、光电特性的影响。结果表明,空气流道高度为15 mm时,PV/T集热器光电光热综合性能效率最佳;在所研究的工况下,该集热器的光电光热综合性能效率为0.84~0.87。     

一种空气流质型光伏光热综合利用系统的实验研究

在稳定的光照条件下,对自行设计的空气流质型光伏光热(PV/T)综合利用系统分别进行了在3种工况下的连续8 h的温度与效率的跟踪测试。在确定了风泵与水泵的最佳工作档位,排除其自身生热的影响后,得到该空气流质型PV/T系统的热效率与总效率随保温桶水温的变化曲线。随着保温桶内水温的提高,热效率不是单调变化,而是先降后升再降,初期变化较快;当保温桶内水温上升8.1℃,热效率达到极大值(16.9%);然后,随着时间的增加,保温桶水温上升得越来越慢,热效率也越来越低,而电效率基本不变,总效率与热效率变化趋势基本一致。该系统最佳工作点的总效率为18.81%。     

供热与集热模式下热管式太阳能PV/T热泵系统实验研究

文章搭建了热管式太阳能PV/T热泵系统,设计了供热和集热两种运行模式,并选取了日均太阳辐射强度和室外温度基本接近的两个工作日,对两种运行模式下,该系统的各项性能进行了实验研究。分析结果表明,供热模式下,热管式PV/T热泵系统日均热效率为33.9%,日均电效率为12.2%,比单一光伏发电系统的日均电效率提高了25.7%,日均COPth、日均COPpv/t分别为2.52,3.26;集热模式下,热管式PV/T热泵系统日均热效率为25.3%,日均电效率为12.9%,比单一光伏发电系统的日均电效率提高了14.2%,日均COPth、日均COPpv/t分别为1.82,2.33。因此,供热模式下热管式太阳能PV/T热泵系统的绝大部分性能优于集热模式。     

太阳能光电/光热一体化技术及其应用进展研究

太阳能光电/光热一体化系统主要由光伏电池组件和太阳能集热器组成,可同时实现光伏发电和光热利用,从而有效地提高了太阳能的综合利用效率。文章首先从光伏组件和光热部件着手,分析了PV/T系统的结构和各项性能;然后,概述了目前常用的PV/T热水系统性能评估方法;最后,提出了在推广PV/T系统时还须解决的问题。     

新型人工光合作用系统的能量和质量平衡研究

该文提出一种新型人工光合作用（AP）系统,通过PV/T装置将太阳能光热综合利用,转化为热能和电能,分别供给吸附式碳捕获和碳还原的反应过程。建立并耦合PV/T模型、吸附碳捕获与碳还原反应模型,随后基于CO₂还原反应所需的CO₂质量进行能量-质量匹配性分析。结果表明,金属有机骨架74（MOF-74）的CO₂捕获量比活性炭大了6倍,具有较大的CO₂捕获潜力,但当MOF-74吸附剂的质量高于50 kg时,CO₂捕获的热效率降低到20%以下。采用聚光度为10的1 m²的PV/T时,15 kg的MOF-74可在一天内捕获0.45 kg的纯CO₂,并制备0.152 kg甲烷。     

基于AuMgO@TiO2球壳的光热协同反应耦合集热研究

实验室前期搭建太阳能有序转化系统，利用太阳辐射高频波段合成碳氢燃料，低频波段转化为高品质热能。基于该系统，制备Au和MgO负载的TiO₂球壳材料，进行光热协同反应转化CO₂和H₂O，同时结合集热层利用导热油集热，结果表明，H₂、CH₄、CO产量分别为30.1、3.2、30.9μmol/g，系统集热效率可达39.85%。实验结合表征显示，球壳结构、Au和MgO共负载可提高材料光吸收，增强光热性能，降低电子空穴对复合率，产生氧空位，促进光热协同反应还原CO₂。     

不同结构PV/T系统散热方式的试验研究

光伏/光热(PV/T)集热器集光伏发电和太阳能低温热利用于一体,既可以提高电池效率,又可以回收和利用低温热能。文章对内置不同冷却结构的PV/T系统和电池板的散热特性进行了对比试验。试验结果表明:回形冷却结构PV/T系统的冷却效果要优于蛇形结构;不同结构PV/T系统的综合效率均大于电池光板的折算综合效率。回形冷却结构的PV/T系统最高综合效率可达40%,而电池板的折算综合效率最高只有14.7%。     

太阳能光伏光热一体化PV/T组件的实验研究

为提高太阳能的综合利用效率及光伏组件的可靠性,设计并搭建了空气型太阳能光伏光热PV/T组件的实验测试平台,并对常规PV组件和空气型PV/T组件的转化效率进行了实验测试,测试结果表明:以空气为传热介质的PV/T组件在被动循环情况下,组件的板温下降约8℃,比普通PV组件的电效率提高约0.1%,PV/T组件通风后的热效率在25%左右,综合效率最高可达72%。分析结果可为空气型PV/T组件的结构优化和建筑供暖提供参考。     

基于PV/T的质子交换膜电解制氢系统动态性能研究

将太阳能光伏光热综合利用技术（PV/T）与质子交换膜电解水制氢技术（PEMWE）结合，提出基于PV/T的质子交换膜电解制氢系统（PV/T-PEMWE）。系统由PV/T模块与PEM电解槽通过耦合而集成，建立数学模型分析其在白天的动态光电光热性能及制氢性能，并在相同条件下将其性能与光伏电解制氢系统（PV-PEMWE）进行对比。结果表明：PV/T系统全天总发电量为0.5 kWh，电效率维持在13%～15%之间，总发热量为9.4 MJ，热效率维持在30%～40%之间；PV/T-PEMWE系统制氢效率高于PV-PEMWE系统，PV/T-PEMWE系统全天的制氢量为153 L，平均制氢速率约为19 L/h。     

光伏/光热联合空气源热泵系统的性能研究

为了改善传统光伏发电系统的运行性能,提出了一种光伏/光热(PV/T)联合空气源热泵系统,介绍了该系统的工作原理和运行方式,研究了该系统的综合性能评价方法,然后利用TRNSYS瞬时系统模拟软件建立了该系统的仿真模型,并以重庆地区为例,对比分析了PV/T联合空气源热泵系统与单一光伏发电系统的组件表面温度、热效率、电效率、?效率和一次能源节约效率。研究结果表明：1) PV/T组件表面温度与光伏组件表面温度的变化趋势较为一致,二者的平均值相差13℃,说明PV/T联合空气源热泵系统可以有效降低光伏组件表面温度;2) PV/T联合空气源热泵系统和光伏发电系统的平均电效率分别为11.40%和9.86%,相对提高了15.62%,说明PV/T联合空气源热泵系统能够获得更多的电能;3) PV/T联合空气源热泵系统和光伏发电系统的?效率平均值分别为11.73%和8.94%,相对提高了31.21%,说明PV/T联合空气源热泵系统能够获得更多的可用能;4) PV/T联合空气源热泵系统的平均一次能源节约效率为50.94%,其总体变化趋势与热效率的变化趋势相似。     

不同集热策略下光伏/热一体化系统热电性能研究

为探究光伏/热一体化（PV/T）系统的热电性能受不同集热参数的影响,并解决流体反向加热光伏电池造成系统集热量损耗和发电量减少的问题,建立了PV/T系统三维瞬态数学模型,开发了一种新型集热控制系统,用于实时监控水箱水温和调控流程改变集水量,分析了集热管排数、排布方式、水箱容量、集热目标温度对PV/T系统温度、热电效率、集热量和发电量的影响。结果表明：随管排数增加,系统日集热量和日发电量均增加,但增幅减弱,管排数从8增加到10,发电量仅增加0.07%,集热量仅增加0.42%;集热管交错排布时,光伏电池温度均匀性最好;随着水箱容量增加,系统日发电量和日集热量显著增加,但水箱集热温度和集热品位均降低,与45 L水箱相比,65,85和105 L的日发电量分别提高1.48%,2.55%和3.35%,日集热量分别提高30.72%,53.30%和7038%;与普通系统相比,新型集热控制系统的热效率和电效率分别提高13.14%和0.40%;新系统中集热目标温度设定越高,水箱集水量越少且系统电热性能越差。     

积尘对光伏光热系统性能影响的实验研究

在自然积尘和清洁条件下,文章对2组光伏光热(PV/T)系统进行实验测试,分析了积尘对PV/T系统各项性能的影响。分析结果表明:与清洁状态相比,当PV/T组件盖板表面上的积尘密度为1.56 g/m~2时,PV/T系统的光电效率、光热效率分别降低了11.15%,15.56%;在不考虑、考虑电能与热能能量品位差的条件下,PV/T系统的光电光热综合效率分别降低了14.17%,13.07%;PV/T系统的光电效率下降率、光热效率下降率以及综合效率下降率,均随着PV/T组件盖板表面上积尘密度的增大,而呈现出先迅速增大后增大趋势逐渐变缓的变化趋势,并且粘结形态的积尘对PV/T系统各项性能的影响大于松散形态的积尘。