基于CNT/Ag纳米流体的分光谱太阳能光伏光热系统实验研究

传统太阳能光伏光热(PV/T)系统的光电转换和光热转换过程耦合在一起，对太阳能全光谱能量的利用率较低，为使得光电、光热过程解耦，该文探究Ag、CNT、CNT/Ag纳米流体作为分光谱PV/T系统媒介时的光谱及能量性能。首先对不同浓度纳米流体的光谱性能进行测试，然后通过实验研究不同浓度的CNT/Ag纳米流体对系统电效率和热效率的影响。结果发现相比于Ag纳米流体，浓度为1×10⁶、3×10⁶、5×10⁶、1×107μg/m³的CNT/Ag纳米流体在太阳电池光谱响应区的透过率分别上升了8.6%、9.3%、8.5%、9.2%，响应区外波段的吸收率增加了30.4%、44.5%、58.4%、56.7%。系统电效率最高为8.2%、热效率最高为45%，当CNT/Ag纳米流体浓度为5×10⁶μg/m³时，分光谱容器效率最高为18.3%时热效率达到了43%，电效率为7%。     

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。     

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。     

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。     

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。     

光伏/光热-地源热泵联合供热系统运行性能研究

为解决太阳电池的发电效率随温度升高而下降以及地源热泵系统供热引起的土壤热失衡问题,以典型居住建筑的光伏/光热-地源热泵（PV/T-GSHP）联合供热系统为研究对象,基于TRNSYS软件,采用土壤温度、地源热泵机组季节能效比、光伏发电效率和太阳能保证率为评价指标,对该联合供热系统进行运行性能分析。研究结果表明：夏热冬冷地区（以长沙为例）太阳能保证率相对较高,PV/T组件面积为满屋顶最大化安装（900 m²）时,第20年末土壤温度相比初始地温仅升高0.8 ℃,热泵机组季节能效比约为5.1,太阳能保证率为97.0%~98.7%;不同气候地区的太阳能保证率与PV/T组件面积和建筑全年累计供热量有关,通过定义单位建筑全年累计供热量PV/T组件面积指标,得到中国不同气候地区的太阳能保证率与该指标的耦合关系,回归方程的决定系数R²为0.983,得出在已知建筑全年累计供热量和太阳保证率设计目标值的条件下所需PV/T组件面积的计算方法。PV/T-GSHP联合供热系统的全年运行能耗显著小于平板太阳能集热器-地源热泵联合系统（最小降幅为沈阳,49.7%）,远小于空气源热泵（最小降幅为石家庄,79.8%）和燃气壁挂炉（最小降幅为沈阳,65.1%）。     

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。     

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%。     

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。     

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。     

A thermoelectric generator and water-cooling assisted high conversion efficiency polycrystalline silicon photovoltaic system

Solar energy has been increasing its share in the global energy structure. However, the thermal radiation brought by sunlight will attenuate the efficiency of solar cells. To reduce the temperature of the photovoltaic (PV) cell and improve the utilization efficiency of solar energy, a hybrid system composed of the PV cell, a thermoelectric generator (TEG), and a water-cooled plate (WCP) was manufactured. The WCP cannot only cool the PV cell, but also effectively generate additional electric energy with the TEG using the waste heat of the PV cell. The changes in the efficiency and power density of the hybrid system were obtained by real time monitoring. The thermal and electrical tests were performed at different irradiations and the same experiment temperature of 22°C. At a light intensity of 1000 W/m², the steady-state temperature of the PV cell decreases from 86.8°C to 54.1°C, and the overall efficiency increases from 15.6% to 21.1%. At a light intensity of 800 W/m², the steady-state temperature of the PV cell decreases from 70°C to 45.8°C, and the overall efficiency increases from 9.28% to 12.59%. At a light intensity of 400 W/m², the steady-state temperature of the PV cell decreases from 38.5°C to 31.5°C, and the overall efficiency is approximately 3.8%, basically remain unchanged.     

空气/水双冷型PV/T一体化组件实验与模拟研究

提出一种空气/水双冷型PV/T一体化组件,搭建2套测试平台开展PV/T组件的空冷、水冷、空气-水复合冷却实验,研究不同工作模式下组件的性能表现。实验结果表明：3种工作模式均可对光伏组件进行有效冷却,空冷、水冷、复合冷却模式组件综合效率分别为76.05%、74.51%、84.83%,其吸热板温度较无工质冷却模块分别可降低19.08、27.58和35.16℃。为进一步分析设计参数对PV/T组件电热特性的影响,利用ANSYS构建组件的三维数值模型,并通过实验数据验证模型的准确性。模拟显示：采用双风道翅片式结构可有效提升组件电热性能;随着环境温度的升高（10～40℃）,组件的综合效率由61.85%增至80.31%。     

平板型光伏/光热系统高效换热数值模拟研究

针对光伏/光热（PV/T）系统管板换热结构传热性能差、电池层温度分布不均匀的问题,采用管板连接处增加机械加固的形式强化管板导热接触,同时提出蛇形管、单向螺旋型和双向螺旋形3种换热通道分布结构。通过数值模拟方法对比不同结构的系统热性能,随后在流量、辐照度、入口水温等多工况条件下分析换热性能的变化。结果显示：系统在流量90 L/h、辐照度800 W/m²时呈换热性能最佳状态,热效率能达71.5%;管道具体排布方式对热效率和电池层平均温度的影响不大,而双向螺旋管将冷热管交替布置,较单向螺旋管和蛇形管结构能明显提高电池层温度分布的均匀性,温度分布不均匀度最高可降低37.5%。     

直接空冷型槽式太阳能发热电系统技术经济分析

以50 MW槽式太阳能直接空冷发电系统为研究对象,基于光电效率、发电量、度电成本评价指标,对空冷光热机组和水冷机组的年热力性能与经济性进行比较分析研究。结果表明:在储热时长9 h下,当以年光电效率最高为优化目标时,空冷机组和水冷机组聚光器采光面积分别为425100 m²(集热场回路数130)和398940 m²(集热场回路数122),对应的年光电效率分别为13.19%和13.84%;当以发电成本最低为目标时空冷机组和水冷机组聚光器采光面积分别为647460 m²(集热场回路数198)和623100 m²(集热场回路数190),对应的发电成本分别为1.118元/kWh和1.069元/kWh。     

Performance improvement of PV/T solar collectors with natural air flow operation

The electrical efficiency of a photovoltaic system drops as its operating temperature rises and PV cooling is necessary. The photovoltaic/thermal (PV/T) system is a relatively recent type of solar collector where a circulating fluid of lower temperature than PV module extracts heat from it, cooling the module to improve its output power while the solar pre-heated fluid provides sensible heat. In the present work, air cooling of a commercial PV module configured as PV/T air solar collector by natural flow is presented, where two low cost modification techniques to enhance heat transfer to air stream in the air channel are studied. The considered methods consist of thin metal sheet suspended at the middle or fins attached to the back wall of the air-channel to improve heat extraction from the module. A numerical model was developed and validated against the experimental data obtained from outdoor test campaigns for both glazed and unglazed PV/T prototype models studied. The validation results show good agreement between predicted values and measured data and thus could be used to study analytically the performance of these PV/T air collectors with respect to several design and operating parameters. The modified systems present better performance than the usual type and will contribute to better performance of integrated PV systems for natural ventilation applications in buildings, both space cooling and heating.     

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。     

光伏光热一体化组件性能实验探究与分析

通过搭建PV/T一体化组件性能测试实验台,测试在不同进口水温、不同一体化组件倾角和不同流量时PV/T一体化组件的热、电效率。结果表明,在进口水温30℃工况下一体化组件拥有最优的热效率值和输出电功率值,其日总热效率为35.97%,对应的输出电功率范围为29.40~30.51 W;45°倾角放置的一体化组件可接收到较多的太阳辐照度,且具有最优的光热性能,对应的日总热效率为32.65%;流量85 L/h工况下一体化组件拥有最优的热效率值,对应的日总热效率值为25.89%,串联50Ω电阻时组件的输出电功率随流量的增大而增大,但变化较小,流量120 L/h工况下一体化组件拥有最优的输出电功率值,对应的输出电功率值范围为24.02~29.19 W。     

Air-cooled PV/T solar collectors with low cost performance improvements

Excess temperatures on installed photovoltaic (PV) modules lead to efficiency loss and PV cooling protects them from this undesirable efficiency drop. Both water and air have been used for PV cooling through a thermal unit attached to the back of the module yielding photovoltaic/thermal (PV/T) collector, but air is preferred due to minimal use of material and low operating cost despite its poor thermo-physical properties. This study investigates the performance of two low cost heat extraction improvement modifications in the channel of a PV/T air system to achieve higher thermal output and PV cooling so as to keep the electrical efficiency at acceptable level. The use of thin flat metal sheet suspended at the middle or finned back wall of an air channel in the PV/T air configuration are the suggested methods. A theoretical model is developed and validated against experimental data, where good agreement between the predicted results and measured data were achieved. The validated model was then used to study the effect of the channel depth, channel length and mass flow rate on electrical and thermal efficiency, PV cooling and pressure drop for both improved and typical PV/T air systems and their results were compared. Both experimental and theoretical results show that the suggested modifications improve the performance of the PV/T air system.     

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/...