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。     

太阳能光伏光热一体化组件的应用特性实验研究

介绍一种将单晶硅太阳电池与铜管水流通道通过特殊工艺粘结起来的光伏光热(PV/T)一体化系统。对该系统进行室外实际运行实验,测试并讨论该系统在晴朗或多云天气下以不同循环水流量、不同恒定水箱水温、不同初始水箱水温运行时的应用特性。结果表明:该PV/T系统的最佳水流量为1.1 m3/h;水箱内水温越高,系统发电效率越低;水箱初始水温越低,热效率和电效率越高。同时,通过对PV/T系统及固定支架式光伏发电(FPV)系统发电量的对比研究得出,PV/T系统比FPV系统日发电量仅少2%~5%。     

管板式PV/T组件结构参数优化

以无玻璃盖板管板式PV/T组件为研究对象,采用Trnsys软件仿真与实验测试相结合的方法,从发电角度确定吸热板厚度、换热管数量及换热管管径;从成本角度提出适用于不同效率组件、不同光资源区域工况下的最佳设计参数。结果表明：换热管管间距、吸热板厚度和换热管内径对管板式PV/T组件发电性能的影响程度依次减小;以实现PV/T发电性能不低于传统PV组件为目标,换热器结构参数建议为吸热板厚度0.4 mm、换热管管径6 mm及换热管管间距不大于99.2 mm;以全生命周期内总投入最低为目标,Ⅱ类光资源地区最佳管间距为70.86 mm,Ⅲ类和Ⅳ类光资源地区的最佳管间距为82.67 mm;优化后PV/T组件的太阳能利用率达到42.75%～48.69%,发电效率比传统PV高1.17%～2.08%。     

复合抛物面聚光太阳能PV/T系统的实验研究

设计并搭建了CPC低倍聚光太阳能PV/T单通道空气系统实验台,对不同工作环境下聚光PV/T系统的热电性能进行了实验研究。实验研究结果显示:在聚光条件下,系统的各表面温度随光照强度的增加而升高,随下部通道入口空气流速的增加而降低。聚光PV/T系统的最大输出功率可达到60W,比对应相同电池面积平板系统最大输出功率高20W。聚光PV/T系统的各效率随光照强度增加而增大,系统的最大电效率为11%,最大热效率为70%,最大火用效率为16%,比单纯发电时最大火用效率提高约5%。实验获得了一批新的有价值的实验数据,为聚光太阳能光伏光热系统的进一步研究提供了依据。     

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%。     

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。     

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%。     

一种基于微热管阵列的太阳能PV/T热泵系统能效实验研究

为了提高PV/T装置的太阳能利用效率,文章提出了一种基于微热管阵列的太阳能PV/T热泵系统,并在恒温供热条件下分析了该系统中PV/T收集器的热、电性能和热泵COP的全天变化趋势,最后将PV/T收集器的电性能与单一光伏发电系统进行对比分析。分析结果表明:在测试时间段内,PV/T收集器的平均热效率为38.7%;PV/T收集器的平均电效率为12%,比单一光伏发电系统提升了27.7%;PV/T收集器的光热光电综合平均效率为70.3%;热泵的平均COP为2.7。     

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。     

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。     

水冷型PV/T集热器的换热性能研究

光伏/光热(Photovoltaic/Thermal,PV/T)集热器集光伏发电与太阳能低温热利用于一体,可以同时输出电和热,是前景较好的新型太阳能利用技术。文章利用Fluent软件数值模拟了多进多出形式的水冷型PV/T集热器,分析了水的入口温度、流速及辐射强度对光伏电池温度及出口水温的影响。研究显示,在最佳匹配条件下,集热器的光电转化率和光热转化率能得到综合提高。     

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。     

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。     

稠油集输伴热管道轴向温度及伴热效果影响因素分析

对稠油集输伴热管道的传热过程进行了分析,建立了伴热管道轴向温度计算物理及数学模型,并进行了数值模拟。给出了伴热效率的定义,分析了相关因素对温度分布及伴热效率的影响,为稠油集输伴热管道设计及运行管理提供了技术支持。实例计算分析结果表明,保温层对伴热效果影响最大,当聚氨酯保温层厚度从10增加到40mm时,油管介质出口温度增加了15．6℃,伴热效率增加了7．2％;其次是伴热热水流量,当热水流量达到油质流量的4．5倍时,油管介质出口温度增加7．6℃,伴热效率增加1．5％,进一步增加流量,影响非常小。不利因素中影响最大的是伴热管道结水垢,随着水垢厚度的增加,油出口温度及伴热效率都降低;其次是油管结蜡,随着油管结蜡厚度的增加,油出口温度有所增加,但伴热效率降低。     

水为工质的面板式PV/T系统冬季实验研究

研究一种以水为工质的面板式PV/T(photovoltaic/thermal)系统在冬季的性能。搭建PV/T实验和测试系统,测试户外条件下系统冬季运行时的各项参数,对实验数据进行处理、分析,获得光伏电池的电效率和系统的热效率。结果表明:面板式PV/T系统运行时电池板温度较低,电池转换效率较高;工质通过循环加热可上升30℃左右,综合效率接近普通PV板的两倍。     

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。     

双流道PV/T集热器冬季运行工况分析及优化

该文建立PV/T集热器非稳态传热数学模型，通过现有实验平台实测数据验证模型可靠性后，对水冷型PV/T集热器以及空气/水双流道PV/T集热器性能进行模拟研究；在此基础上，从运行参数角度对双流道PV/T集热器性能进行运行优化。研究结果表明：在太原地区冬季工况下，当水流量为0.01 kg/s时，增设空气流道后双流道PV/T集热器性能优于水冷型PV/T集热器，集热器综合性能效率提高约0.84%。当空气流量一定时，随着水流量从0.01 kg/s增至0.09 kg/s，双流道PV/T集热器综合性能效率增加约9.22%；当水流量大于0.03 kg/s时，增大空气流量会削弱双流道PV/T集热器综合性能。该文经综合考虑建议太原市在冬季工况下双流道PV/T集热器推荐水流量上限值为0.03 kg/s。     

不同结构PV/T系统的热电性能研究

设计并搭建了两种不同集热结构的PV/T系统,试验采集了环境、温度、功率等参数,获得了两个系统的温度特性、热效率、发电效率。试验结果表明,PV/T系统效率主要受环境因素影响,集热结构对其性能也产生不同程度的影响。无空腔PV/T系统的冷却效果好于有空腔系统,发电效率较高;有空腔PV/T系统的热效率较高,一次能源节约率略高于无空腔系统。     

热管式太阳能PV/T热泵系统的性能研究

文章搭建了热管式太阳能PV/T热泵系统的实验装置,并根据实验装置建立了系统的数学模型,通过实验测试对数学模型进行了验证。研究了系统的热效率、电效率和COP等主要性能参数在全天的变化规律,分析了系统COP偏低的原因和改进措施。结果表明,在测试工况下,日平均热效率为35.4%,日平均电效率为11.0%,日平均COP为2.77,实验值与模拟值的误差均在±15%以内。该研究为热管式太阳能PV/T热泵系统的设计优化与性能研究提供了参考。