新型太阳能光伏光热一体化系统性能实验研究

文章提出了一种新型热管式太阳能光伏光热(PV/T)一体化系统,并提出了能够表征主动式PV/T系统能量收益的参数—实际能量收益率。在同一工况下,对热管式PV/T系统和PV系统进行测试研究,分析不同影响因素对热管式PV/T系统光电转化效率、光热转化效率及实际能量收益率的影响规律。研究结果表明:当热管式PV/T系统的循环流量为320 L/h时,该系统的实际能量收益率最大;同一工质流量下,光热转化效率对热管式PV/T系统实际能量收益率的影响远大于光电转化效率;热管式PV/T系统的实际能量收益率比PV系统高29.09%。     

非晶硅PV/T系统的结构方式对性能的影响

以非晶硅PV/T系统为研究对象,对PV/T系统建立传热模型,研究PV/T系统结构改变对其性能的影响.结果表明:非晶硅太阳电池紧贴集热器吸热板时能量效率和(火用)效率均高于电池板作为系统盖板的效率.总体上能量效率和(火用)效率随着太阳辐射强度、工质流量和电池光电转换效率的升高而增加,随着环境风速的增大而减少,但各因素的影响程度随结构方式而异.     

基于方管平板光伏光热系统的电热耦合性能对比研究

为了探究方管平板PV/T系统的电热综合性能,基于PV/T系统的能量转换过程,建立PV/T组件电热耦合系统的数学模型,构建了设计工况下PV/T系统的性能评估方法,分析关键参数对PV/T系统性能的影响规律,并对比不同结构下PV/T系统的变工况特性。结果表明：在设计工况下,单方管及多方管结构的PV/T系统电效率在15%左右,总效率在78%以上;随着太阳辐照强度的增大,2种系统下光伏板温度和流体出口温度均会升高,系统总效率也会提高;可以通过提高进口体积流量或者降低进口温度来提高电效率及总效率,在相同运行工况下,单方管平板PV/T系统的总效率低于多方管平板PV/T系统3.1%,且多方管平板PV/T系统的光伏板温度比单方管平板PV/T系统低9.72 K,可见多方管平板PV/T系统的综合性能更优。     

积尘形态及密度对太阳能PV/T系统的性能影响研究

在室外搭建太阳能光伏/热(PV/T)系统实验测试平台，研究积尘形态及密度对系统性能的影响。研究结果表明：积尘形态主要影响太阳能PV/T系统的光热效率，积尘密度主要影响系统的光电效率。与松散积尘相比，粘结积尘对系统光热效率及综合效率的影响更大。当松散积尘密度从0变化至33.79 g/m²时，系统的光热效率下降率仅为2.32%，而系统的光电效率下降率高达48.65%。在该文实验中，随着积尘密度的增大，太阳电池的工作温度依次为53.99、52.92、50.73和55.58℃，呈先降后增的变化趋势。故少量积尘不会使太阳能PV/T系统中太阳电池的工作温度升高而影响其正常工作。     

基于模型分析的光伏/热（PV/T）太阳能系统设计方法及应用研究

根据聚光PV/T热水太阳能系统的结构特点,分析聚光PV/T热水太阳能系统的设计参数,结合聚光PV/T热水太阳能系统的能量转换、存储和传输特性及用户对系统输出电能、热能的需求,建立聚光PV/T热水太阳能系统光电、热能量转换效率、热水温度及输出电能的设计优化理论模型。并利用设计模型分析不同设计参数对系统输出热、电能量的影响,有效简化聚光PV/T热水太阳能系统的优化设计过程。另外,设计聚光PV/T热水太阳能系统样机,并对其特性进行实验分析。结果表明,系统输出能满足农村家庭对照明电能、热水的基本需要,具有较好的实用性。     

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。     

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。     

非晶硅太阳能光电-热一体化系统实验与性能分析

为提高太阳能的利用效率的同时得到可资用的热水和电力,设计并制作一套非晶硅(a-Si)太阳能光电-热一体化(PV/T)实验装置,结合实验数据,计算PV/T系统的能量效率和效率,对系统的热力性能进行分析,并依此对系统提出优化和节能建议;对PV/T系统的能量输出与系统接收到的太阳辐射量的关系以及太阳电池的最佳倾角、方位角进行分析,为系统设计提供理论参考;还对系统的经济性进行分析,并与几种相近系统进行比较,结果显示非晶硅PV/T也具有良好的经济性。本文的研究结果可为该类系统的优化和应用提供理论参考。     

热管间距及空气层对PV/T系统性能的模拟研究

以系统光热光电效率为依据,通过Matlab模拟的手段,研究热管间距、有无空气层及空气层的厚度等结构参数变化对热管式PV/T系统综合性能的影响。可准确捕捉各个结构参数下热管式PV/T系统特性。研究结果显示:随着热管间距的增大,系统光电输出和总得热量均出现下降趋势;集热器存在空气层的热管式PV/T系统在光热性能方面具有优势,而无空气层的系统具有更高的光电效率;空气层厚度为2.5 cm可获得更高的光热效率,集热器电效率几乎不受空气层厚度变化的影响。     

基于相变材料的双通道PV/T系统性能研究

研究了以水为工质的双通道PV/T系统性能。实验测量水的光学特性,并搭建室内实验台,在实验室条件下对双通道PV/T系统性能进行实验研究。对比研究不同流速和有、无相变材料对系统性能的影响,包括对太阳电池工作温度和系统电、热效率的影响。研究结果表明,双通道PV/T系统可有效降低太阳电池的工作温度;工质流量从100 mL/min增加至300 mL/min,双通道PV/T系统太阳电池平均温度降低1.77 ℃,电、热效率分别增加0.09%和4.11%;相比于电性能,流量的变化对系统的热性能影响更大;采用相变材料的双通道PV/T系统,进一步降低太阳电池的工作温度,提升系统的电热效率,系统可达到更高综合利用效率。     

菲涅尔聚光PV/T系统热电输出特性分析

基于螺旋式微通道冷却的菲涅尔聚光PV/T系统性能进行研究,分析太阳直射辐照度(DNI,G)、冷却水流速及入射角对其热电性能的影响。结果表明,增大冷却水流速可提高PV/T系统的光电转换效率,但当流速大于某一值后,系统光电转换效率基本保持不变;光热转换效率随流速的增大呈先增后减的趋势,且随着G的增大光热转换效率逐渐升高,当G为1000 W/m~2,冷却水流速为3.8 m/s时,系统光热转换效率可达43%;当G在200~1000 W/m~2范围时,光电光热综合效率最大值为79.55%,DNI对其影响较小;入射角的增大对系统能量转化与利用均产生不利影响,为保证系统高效运行入射角应控制在0.3°以内;同时,对菲涅尔聚光PV/T系统的输出性能进行试验测试,结果表明,呼和浩特冬季一日内,系统峰值功率13.89 W出现在G最大时,但光电转换效率最大值26%出现在G突降时刻。     

有、无玻璃盖板工况对PV/T系统性能的影响

同时参考热力学第二定律和第一定律,以(炯)效率和能量效率作为判据,在一些结构参数和环境参数变化的条件下,对有、无玻璃盖板工况下PV/T系统的综合性能进行了对比分析,并尝试对玻璃盖板在PV/T系统中的应用给出一些建议.     

PV/T太阳能光伏光热系统关键参数影响特性研究

利用PV/T太阳能光伏光热系统实验平台针对空气质量流量、太阳辐照强度、环境温度和大气降尘 4种影响系统性能的关键工况参数进行了实验研究。结果表明:在实验设定的流量范围内,PV/T系统的光热和光电效率都随着空气质量流量增大而稳步上升;太阳辐照强度增大时,系统输出电功率随之增大,光热效率变化较小,光电效率有一定程度的降低;环境温度在一定范围内时,系统的输出电功率和集热效率都随着环境温度的增大而增大,而当环境温度超过一定值后,系统的光伏模块受面板温度升高的影响光电转换效率呈下降趋势;随着积尘密度的增大,玻璃盖板的透射率减小,一个月的积尘量会导致系统光电效率和输出电功率分别下降17.84%和18.25%,若以光电效率衰减20%为界限,清洁周期为5周左右。     

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。     

光伏直驱PV/T双源热泵热水系统性能研究

针对传统太阳能光伏光热PV/T双源热泵存在的热力性能差、能量损耗大等问题,提出一种光伏直驱PV/T双源热泵制热水系统(太阳能+空气源),并对系统进行实验研究。结果表明,在室外平均环境温度27.9℃、平均太阳辐射强度691.1 W/m²的夏天户外实验工况下,系统运行约4 h,将250 L 26.5℃的水加热到目标温度55℃,热泵平均COP为8.83。实验期间,PV/T光伏组件的平均温度比同样工况下的纯参比光伏组件温度降低9.8℃,光电性能相对提高17.53%。     

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。     

太阳能PV/T系统电热输出性能及其Matlab仿真研究

建立了太阳能PV/T(Photovoltaic/Thermal)系统的热电模型,编制了Matlab程序,采用迭代法对电热参数进行耦合求解。研究了PV/T系统在呼和浩特不同季节下的热电效率,电池温度和性能曲线的变化,通过与实验数据对比,验证了该模型具有较高的精度。实验结果显示了环境温度、风速、入射辐射量对太阳能PV/T系统热、电以及综合性能的影响:PV/T系统夏季的日平均电效率、热效率及正午组件最大功率分别为14.1%、34.5%和180.8 W,冬季的日平均电效率、热效率及正午组件最大功率分别为16.1%、24.8%和190.3 W。     

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。     

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%。     

基于双光程法液体分频PV/T系统分频液性能分析

液体分频型PV/T系统总效率包含分频液集热效率和光伏电池发电效率。分频光谱对于光伏电池响应波段的匹配程度和分频液在不同波段的透过率是关键影响因素,直接导致分频液的集热效果、电池板温度及到达电池板的光谱发生改变,从而影响系统性能。然而当前关于分频液分频性能研究测试结果的数据差异较大,大部分文献没有解决比色皿等容器的误差问题。为提高液体分频型PV/T系统性能,利用分光光度计测量多种液体不同样本厚度的透过率,采用双光程测量方法去除比色皿误差,以获取分频液较精准的透过率,同时考察分频液对镓铟磷电池的响应。研究结果表明：200~1 020 nm,水与丙三醇的平均光谱透过率最大,但分频性能不佳;丙三醇作为分频液时镓铟磷电池平均光电转换率最高;硫酸铜溶液的分频性能较好,且与镓铟磷电池的匹配度最好。研究结果可为液体分频型PV/T系统分频液的选取提供可靠理论依据。