强化导热相变材料对PV/PCM热控特性影响研究

文章建立了光伏/相变材料(PV/PCM)太阳能热控系统二维模型,并根据模拟结果研究了相变材料热导率对太阳电池热控特性的影响。模拟结果表明,当PCM热导率由0.3 W/(m·K)逐渐增加至1.1 W/(m·K)时,相变材料对太阳电池的热控效果越来越好。此外,文章设计了PCM热导率分别为0.8,1.1 W/(m·K)的PV/PCM太阳能热控系统实验装置,在模拟光源和自然光条件下,对太阳能热控系统实验装置的输出功率以及太阳电池的温度进行测试。实验结果表明:在模拟光源下,与无PCM太阳电池相比,PCM热导率分别为0.8,1.1 W/(m·K)的太阳电池的最高温度分别降低了4.6,10.8℃,平均输出功率分别提高了2.2%,4.1%;在自然光条件下,与无PCM太阳电池相比,PCM热导率分别为0.8,1.1 W/(m·K)的太阳电池的最高温度分别降低了9.7,12℃,平均输出功率分别提高了3.1%,5.98%。     

不同热调控策略下太阳能PV/T-PCM系统性能实验研究

通过在太阳能集热器中添加饱和式脂肪酸相变材料,对太阳能光伏光热系统的不同热调控策略开展了实验研究。分析集热器中通水和不通水两种热调控策略对系统能量利用的影响。结果表明：相变材料可有效降低光伏板温度,但两种热调控策略下相变材料存在明显的温度分层现象;与不通水策略相比,通水策略在强化系统换热的同时促进了更多余热的回收,不通水和通水策略的热效率分别为71.3%和77.1%;通水策略可以更加有效地降低光伏板温度,缓解相变材料过热的影响,光电转化效率提高了7.3%。     

内嵌树形翅片相变层电池热管理性能北大核心CSCD

针对被动式电池冷却方法存在相变材料导热性能差,无法及时释放电池热量的问题,本工作提出内嵌树形翅片强化相变层的传热特性。采用焓-孔隙率法建立了描述树形翅片-相变材料动态熔化传热过程的数学模型,数值分析了具有不同结构翅片相变材料的围护层,在1 C、2 C和3 C放电倍率下对电池温度的影响。与石蜡作为围护层相比,在3 C放电倍率下,石蜡内嵌直翅片可降低电池温度9.7 K;内嵌树形翅片时,相比于内嵌直翅片相变材料围护层电池温度可降低1.4 K。当树杈与树干的长度比为1.2时,内嵌树形翅片相变围护结构应用于电池热管理系统,可以得到较好的传热特性。     

热管PCM热控装置设计及性能研究

针对某弹载相控阵天线的热设计难题,提出一种全新的由热管与相变材料联合进行热管理的方案,并设计了热管PCM热控装置。建立了采用该型热控装置的相控阵天线数学模型,对其热控过程进行了数值模拟,随后对热控装置的性能进行了试验测试,测得热源安装面最高温度为124.5℃。将测试结果与模拟结果进行对比,结果相吻合,两者最大偏差不超过15%,热管PCM热控装置可以解决天线的热设计难题。最后对该热控装置进行了改进,改进后储热器内PCM温度梯度有效降低,热源安装面最高温度降低了6.7℃。研究表明,作为弹载热控领域的新方向,热管PCM联合热控的方案合理可行,可应用于实际工程问题。     

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。     

基于相变流体的热管式太阳能PV/T热电联供系统实验研究

文章分别搭建了基于水和相变流体的热管式PV/T热电联供系统实验台,测试分析了相同工况下两个系统的光伏板表面温度、换热水箱温度、热/电功率、热/电效率及综合效率。研究结果表明,在测试工况下,与基于水的热管式PV/T热电联供系统相比,基于相变流体的热管式PV/T热电联供系统光伏板表面温度降低了2℃,蓄热水箱水温升高了1.3℃,日均电效率相对升高了0.8%,日均热效率相对升高了7%,日均综合效率相对升高了10.2%。该研究结果为相变流体在太阳能储存领域的应用提供参考。     

应用石蜡/GO复合相变材料的太阳能PV/T系统性能

为了提高太阳能PV/T系统能效,采用超声搅拌法制备了GO(氧化石墨烯)质量分数为0.01%、0.02%和0.03%的石蜡/GO复合相变材料,并对其潜热、导热性和流动性进行测试分析。其中,GO质量分数为0.02%的复合相变材料相比于制备的其他复合相变材料具有最佳的综合性能,其相变温度为35℃,相变潜热为42.93 J/g,热导率最高为0.505 W/(m·K),黏温拟合程度为0.91。为了分析石蜡/GO复合相变材料对太阳能PV/T系统热电性能的影响,搭建了两套完全相同的平板热管式太阳能PV/T系统,并将GO质量分数为0.02%的石蜡/GO复合相变材料和水作为两系统的传热介质运行。采用热效率和电效率对太阳能PV/T系统的热电性能进行表征。研究结果表明,在相同工况下,运行(石蜡质量分数为30%以及GO质量分数为0.02%)石蜡/GO复合相变材料的平板热管式太阳能PV/T系统的热电性能均比运行水的系统性能有所提升,其中系统热效率提高92.28%,电效率提高8.87%,换热水箱集热量提高15.80%。该研究为复合相变材料(流体)在太阳能储存领域的应用提供了借鉴。     

新型分叉翅片强化管壳式储能罐储热性能北大核心CSCD

针对相变材料的质量和最大储热能力因翅片占据相变储能装置的部分体积而下降的问题,实现翅片结构优化具有重要意义。本工作在传统纵向翅片的基础上根据分叉形状提出了一种新型翅片来提高管壳式相变储能罐的储热性能,并针对该装置中相变材料带自然对流的熔化过程进行了三维数值模拟研究,分析了翅片数量、传热流体的入口温度和流速对相变材料熔化过程的影响。研究结果表明:与具有同等体积和数量的纵向翅片相比,新型分叉翅片显著加快了管壳式相变储能罐的蓄热过程。与无翅片和纵向翅片相比,新型分叉翅片使相变材料的熔化时间分别缩短了59.9%和23.4%,平均储热速率分别提高了142.1%和31.4%。在不改变翅片体积的前提下,增加翅片的数量可以减少相变材料的熔化时间,提高平均储热速率,但当翅片数量超过6时,对储热性能的进一步改善效果不明显。提高传热流体的入口温度和流速不仅可以缩短相变材料的熔化时间,也可以增加总储热量和平均储热速率。研究结果可为管壳式储能装置的结构优化和太阳能的高效利用提供一定的参考价值。     

无盖板型水冷式PV/T模块光电/光热综合性能实验研究

无盖板PV/T组件相比于盖板式PV/T组件有更高的光电转换效率,在电能输出方面的优势明显。基于此,提出一种无盖板型水冷式PV/T模块,并搭建由光伏对比模块、水冷式PV/T模块以及无冷却水循环的PV/T对比模块构成的实验平台开展对比实验,研究温度、流量对无盖板PV/T模块电、热转换效率的影响。结果表明,在水冷作用下,PV/T模块的光伏组件温度显著降低,与PV/T对比模块相比发电效率提升11.54%;环境平均温度为21.7 ℃、平均辐照度650 W/m²的测试条件下,流量0.12 m³/h时模块的电效率为17.44%,热效率为19.80%,综合效率达到65.69%,考虑到循环泵消耗的电能,表面积1.93 m²的水冷式PV/T模块全天可存储有效能3.72 MJ。     

相变储能堆积床传热特性的研究

基于多孔介质传热理论,建立了储能堆积床的传热模型.在此基础上分析了换热流体流量、温度、单元尺寸、相变材料导热系数和孔隙率等参数对堆积床传热特性的影响.研究表明,提高相变材料的导热系数,增大换热流体温差或减小单元尺寸对堆积床传热速率有明显提高,而提高换热流体流量,增大对流换热系数对传热速率的影响不明显.因而强化相变材料侧的传热过程是提高堆积床传热速率的有效途径.     

蓄冷降温式太阳电池组件的实验研究

根据太阳电池温度特性,研究通过工程热物理途径来提高太阳电池光电转换效率的方法,开发出新型蓄冷降温式太阳电池组件,利用夜间大气自然冷量吸收太阳电池热量,降低其工作温度。室外试验于07年10月～08年11月在广州地区进行,测试分析了该组件及对照组平板式太阳电池组件的温度—电能输出及转换效率特性。结果表明:与平板式组件相比,蓄冷降温式太阳电池组件工作温度大大降低,效率相应提高。蓄冷降温式组件最大温降达26.5℃,瞬时电能输出相对提高18%,全天电能输出增长14%以上。     

夏季间歇运行工况下相变温度对相变回填地埋管换热器传热性能的影响

为探究相变温度对相变材料回填地埋管换热器传热性能的影响,建立管内流体换热、回填区域相变换热及土壤换热的三维耦合传热数值模型,利用焓-多孔介质模型对相变区域相变问题进行处理,研究夏季间歇运行工况下不同相变温度回填材料对埋管换热器传热性能的影响。结果表明:添加PCM,可有效提高换热量,短期内缓解埋管周围热积聚,利用相变温度18℃的PCM回填,单位井深换热量至少比普通材料回填提高49.54%;在间歇运行初期,换热量随相变温度的升高逐渐减小,低相变温度的PCM可明显改善埋管换热量,但随着时间的进行,较高相变温度PCM回填对换热器换热量的改善效果优于前期低相变温度。此外,在运行期间,不同相变温度的PCM表现出不同的熔化、凝固特性,当PCM的熔化、凝固过程交替进行时,可减缓土壤温度在运行期间内波动幅度。     

双圆台型高温太阳能蓄热系统传热特性研究

提出一种新型太阳能蓄热系统(双圆台型),然后建立数学模型并进行模型验证,最后计算多种变参数条件下蓄热系统的传热特性.研究结果表明:增大传热介质的入口温度、流速均能提高蓄热装置的蓄热速率;对比单圆台型储热系统的出口温度,结果发现双圆台型系统的热利用率显著提高;在该文的数值计算参数范围内,当传热介质的进口温度和流速分别为7...     

相变储热微胶囊储热调温效果的研究

采用原位聚合法用蜜胺树脂包覆了一种相变点为24℃，相变热为225．5J／g的有机复合相变材料，并对所制备的相变储热微胶囊的储热调温效果进行了评价。采用扫描电镜对微胶囊表面形态进行了观察；采用示差扫描量热仪对微胶囊的相变点和相变热进行了测定；绘制了微胶囊的步冷曲线。实验结果表明：微胶囊呈球形，粒径分布均匀，平均粒径为5—6μm；表面光洁且致密；相变储热微胶囊基本上不影响相变材料的相变点和相变热；相变微胶囊节能效果实验表明，相变材料的贮能过程具有可逆性和连续性，节能效果达到15．6％。初步证明相变储热微胶囊具有很好的储热调温效果。     

组合相变材料储热系统的储热速率研究

建立了组合式柱内封装相变材料熔化－固化循环相变储热系统的物理模型,用有限差分法进行了数值模拟求解。结果表明,与采用单一相变材料的传统储热系统相比,在给定相变材料组合方式和传热流体进口温度条件下,传热流体流量存在最佳值;选用三种石蜡作用相变材料和水作传热流体的模拟计算结果表明,相变速率可提高１５％￣２５％左右。     

n型太阳电池硼扩散制备正面发射极工艺研究

对于n-PERT电池,硼扩散是形成p-n结的关键工艺并且直接影响电池性能。为优化正面硼扩散掺杂层的性能,研究液态源(BBr3)扩散过程中推进温度和推进时间对硼表面掺杂浓度和结深的影响,并且结合PC1D的模拟结果,分析不同的正面硼发射极对n-PERT太阳电池性能的影响。研究结果表明,推进温度在950～970℃范围变化时,随着推进温度的升高,结深由0.4μm增加到0.63μm,硼表面掺杂浓度由4.3×10¹⁹cm^-3增加到5.9×10¹⁹cm^-3;推进时间由25 min增加到40 min过程中,结深由0.47μm增加到0.64μm,硼表面掺杂浓度有较小的下降;当发射极表面浓度较低,结深较深时,有利于提升电池性能;该实验在模拟计算和工艺优化的基础上制备出效率为20.03%的nPERT电池。