新型平板热管式太阳能PV/T集热系统的性能研究

文章搭建了新型平板热管式太阳能PV/T集热系统实验台,测试了该集热系统的热电性能。此外,建立了该集热系统的数学模型,并将该集热系统的测量结果和模拟结果进行对比分析,以验证该数学模型的准确性。最后,在相近的测试条件下,对新型平板热管式太阳能PV/T集热系统和传统圆形热管式太阳能PV/T集热系统的热电性能进行对比分析。分析结果表明,在相近的测试条件下,与传统圆形热管式太阳能PV/T集热系统相比,新型平板热管式太阳能PV/T集热系统的日平均热效率和日平均电效率分别提升了16.8%和3.5%,总集热量和总发电量分别提升了78.4%和35.5%。     

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。     

添加膨胀石墨的二十二烷-十二醇复合定形相变材料的性能研究

针对于太阳能PV/T系统相变材料热导率低、易泄漏的问题,本工作制备了二十二烷-十二醇/膨胀石墨复合定形相变材料并对其性能进行实验研究。本工作首先按照6∶4的比例制备了二十二烷-十二醇相变材料,然后采用熔融共混法制备了一系列膨胀石墨含量不同的复合定形相变材料。实验借助场发射扫描电子显微镜观察其微观结构,利用热流型差示扫描量热仪、热导率测量仪等仪器测量其潜热、热导率等参数,研究了材料的物理相容性、吸附性、循环稳定性,探究了膨胀石墨和二十二烷-十二醇的最佳配比及其各项性能。结果表明,当膨胀石墨质量分数为15%时,复合定形相变材料性能最佳,此时膨胀石墨足以将相变材料吸附,渗漏率仅为3.85%且无明显渗出,其熔化和凝固相变潜热分别为203.8 kJ/kg和-196.6 kJ/kg;在经过50次冷热循环后,其相变温度及潜热变化较小,热导率基本保持稳定,波动幅度仅为5.9%,质量损失较少,仅为0.0495 g,表现出良好的循环稳定性。研究为后续定形相变材料在太阳能PV/T系统中的应用提供理论数据支撑。     

纳米金属/石蜡复合相变蓄热材料的实验研究

以石蜡为相变材料基体、纳米金属铜、镍、铝、铁和锌为导热增强剂、油酸为分散剂,采用超声波震荡法制备纳米金属/石蜡复合相变蓄热材料体系。通过复合蓄热体系的步冷曲线分析,结果显示纳米铁为有效导热增强剂。对不同质量分数纳米铁/石蜡复合相变蓄热体系进行DSC和导热系数测试分析,结果表明:随着纳米铁质量分数的增加,复合材料的导热系数逐渐增大,相变潜热值逐渐降低,相变温度变化不大;纳米铁质量分数为0.1%时,复合材料的固态导热系数可增大2.8倍,相变潜热值下降1.1%。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

石蜡/膨胀石墨复合相变储热材料的研究

以膨胀石墨为基体,石蜡为相变储热介质,利用膨胀石墨对石蜡良好的吸附性能,制备出了石蜡／膨胀 石墨复合相变储热材料。由于毛细作用力和表面张力的作用,石蜡在固-液相变时,很难从膨胀石墨的微孔中渗 透出来。实验结果表明,石蜡/膨胀石墨复合相变储热材料没有改变膨胀石墨的结构和石蜡的固-液相变温度, 且其结合了石墨高的导热系数和石蜡大的相变潜热,因而储热密度较高,导热性能好。其相变潜热与对应质量 分率下的石蜡相当,储/放热时间比石蜡明显减少。     

一种新型复合相变蓄热材料的制备与表征

相变蓄热材料是太阳能高效利用的基础与关键。文章选用54%KNO_3-46%NaNO_3作为太阳能高温热电站的蓄热材料,并选用膨胀石墨作为添加剂,分别制备了膨胀石墨(EG)质量分数为1%和2%的新型太阳能复合相变蓄热材料KNO_3-NaNO_3/EG。然后利用同步热分析仪(SDT-Q600)测量上述蓄热材料的相变温度、潜热,利用扫描电子显微镜(SEM)观测上述蓄热材料的微观结构。分析结果表明:太阳能复合相变蓄热材料KNO_3-NaNO_3/EG的相变温度为224.28℃,相变潜热为105.8 J/g;添加膨胀石墨能够明显地增强蓄热材料的导热性能,石墨对蓄热材料的熔点影响较小。     

谷电利用复合石蜡蓄热材料的制备及供暖墙体构造实验

针对石蜡作为相变蓄热材料导热性能差、供热能力不足的问题,向石蜡中添加膨胀石墨(EG)制备导热性能增强的复合相变材料(PCM),探讨EG与石蜡的配比对复合PCM热性能的影响.测试结果表明,当EG质量分数达到12％时,复合PCM的导热系数提升至纯石蜡的12倍,相变潜热从纯石蜡的190.8 J/g减小至152.1 J/g,相...     

环形重力热管式PV/T系统与常规PV/T系统的对比实验研究

搭建环形重力热管式PV/T系统和常规PV/T系统的对比实验台,对二者在某晴天的动态性能进行对比实验研究;同时根据多天的实验数据,对两套系统的典型热效率和典型光电光热综合效率进行拟合。研究结果表明,动态对比当天二者具有相近的光热、光电、光电光热综合效率及效率;但长期运行性能拟合结果表明,环形重力热管式PV/T系统具有较高的典型热效率和典型光电光热综合效率,同时具有较大的热损系数。     

纳米Fe2O3/硬脂酸/十八醇纳米复合相变蓄热材料的性能研究

针对有机相变材料热导率低的问题,将高热导率的纳米Fe₂O₃添加到硬脂酸/十八醇二元有机复合蓄热相变材料中,制备纳米复合蓄热相变材料。从分散剂的种类、分散剂与纳米材料的添加量以及超声时间4个方面研究其对纳米复合相变蓄热材料的稳定性及热物性的影响。结果表明,阴离子表面活性剂的分散效果优于阳离子和非离子表面活性剂。复合相变材料中添加质量分数为0.8%,十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和质量分数为0.4%Fe₂O₃的体系,超声时间为80 min时,纳米Fe₂O₃在相变材料中的分散效果最好。添加纳米Fe₂O₃后复合蓄热相变材料的相变潜热及相变温度有所下降,热导率提高34.9%。300次热循环复合相变材料的相变温度波动区间不超过0.41℃,相变潜热波动区间不超过4.0%,热稳定性良好。     

太阳能平板集热/储热系统

介绍一种将相变储热材料和太阳平板空气集热器相结合的太阳能集热/储热系统(包括结构设计和试验测试),并对整个系统的储热效率和热损失进行了估算.结果显示,装置的储热效率可达23%,热效率达55%.而同样情况下的普通集热器的热效率仅为19%,远远小于前者.因此,该太阳能集热/储热系统可有效降低集热器的热损失,提高集热效率.     

新型太阳能光伏-环路热管/热泵热水系统

以太阳能、环路热管与热泵技术为基础,研究一种新型太阳能光伏-环路热管/热泵热水(PV-LHP/HPWH)系统用以制取生活热水。通过数学建模模拟和室外实验验证相结合的方法,分析3种运行模式下系统典型工况及长期运行性能,并对主要结构及运行参数的影响进行分析。分析结果显示,系统的太阳能光热利用效率与传统PV/T热水系统可比,年均太阳能供热百分比为50.9%,日均供电比例为13.7%。与传统电加热方式相比,该系统节能率达71.3%。     

纳米材料增强石蜡相变乳状液在太阳能中的应用

潜热型石蜡相变乳状液是一种新颖的储传热工质。该研究采用"两步法"制备一种石蜡质量分数为30%,并掺入0.1%Cu纳米粒子的复合相变石蜡乳状液,并将这种复合相变乳状液作为太阳集热器的集热-储热-传热工质。通过与纯Cu纳米流体热工质比较,研究两者的集热-放热规律,分析并计算以复合相变乳状液作为工质的集热器的日平均热效率。结果表明:复合相变乳状液热工质具有优异的热物性,适合用作太阳集热器的热工质,其日平均集热效率可达60%以上。     

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。     

以钨青铜纳米流体为工质的PV/T系统性能研究

纳米流体对太阳辐射光谱的选择性吸收特性与太阳能光电光热综合利用具有很好的结合性。设计并搭建了具有光谱分频的直吸式平板型PV/T系统,采用水基钨青铜纳米流体搭配硅太阳能电池以实现对太阳辐射的分波段利用。结果表明,光谱分频PV/T系统比传统PV/T系统的热效率和工质出口温度分别提高5.2%和0.53℃;其中,太阳电池温度降低了3.24℃,电效率下降1.9%,综合效率提高3.3%。