太阳能光伏光热一体化技术的研究及应用

太阳能光伏光热一体化系统既可以产生电能又可以回收热能。介绍了传统太阳能光伏电池热利用(PV/T)系统及新型PV/T系统的基本形式,分析了不同PV/T系统的特征。指出了太阳能光伏光热建筑一体化技术不仅能获取电能和热能,还可以有效利用所获取的能量,具有良好的应用前景。     

电热协同作用下太阳能热电联供系统输出特性分析

根据光伏/光热(PV/T)系统的能量平衡和能量转换原理,建立了PV/T系统的热电模型,针对PV/T系统的热电效率、电池板温度间的耦合问题,通过MATLAB迭代求解法,解决了PV/T系统中热电参数耦合求解问题,得到了PV/T系统的效率曲线,分析计算了系统组件长度和工质流速等参数对性能曲线的影响;同时,针对PV/T系统与普通光伏组件进行了实验研究,试验测试了两系统的电压、电流、功率、板背温度等特性参数,并与仿真结果进行了对比。     

新型光电光热系统的封装工艺及经济性研究

用一种热阻小、散热快的5052型铝合金代替常规光伏组件背板材料,将这种背板材料的光伏组件与不锈钢扁合流道用导热硅胶粘接成新型光伏光热一体化(PV/T)系统,并对该系统封装工艺及环境效益进行了探讨。此外,比较分析了新型PV/T系统、独立光伏系统及独立平板集热器的经济性,得出新型PV/T系统在投资上较其它两个系统具有费用少、占地面积减半、回收年限介于二者之间等优势,能为今后PV/T系统规模化生产及市场推广提供一定参考。     

新型PV/T太阳能利用复合系统的实验研究

为提高PV/T系统太阳能利用率,同时获得可利用的热水和电力,将铝合金背板型单晶硅光伏组件和自行设计制作的不锈钢扁盒式集热板相结合,用导热硅胶加以粘接制成新型光伏光热一体化(PV/T)复合系统,该系统实现了光伏组件与集热板之间良好的粘接性、绝缘性和热传导,并在昆明地区对系统进行测试,分析了系统在不同水箱水容量及不同天气工况下运行的光电光热性能。结果表明,系统在75kg水箱水容量(m)晴天工况下运行效率更高,系统的平均电效率、热效率、综合效率及综合性能效率分别在14%、37%、51%、70.72%左右,与系统在50kg水箱水容量晴天或75kg水箱水容量多云工况下运行相比,综合性能效率约提高了11.86%或2.09%。与独立的光热或光伏系统相比,具有占地面积小、太阳能利用率高、更经济等优势。     

太阳电池光伏光热一体化系统的性能研究

为了提高太阳能的综合利用效率,同时获取电能和热能,将铜管换热器加装在太阳电池板背,构成太阳电池光伏光热(PV/T)一体化系统。采取对比实验法在呼和浩特地区对太阳电池板进行光伏光热性能测试。实验结果表明,在相同的太阳辐照度和环境温度条件下,装有铜管换热器的单块太阳电池的输出功率比普通单块太阳电池实际输出功率提高近17%。     

实时电价环境下太阳能建筑夏季用电优化

夏季大规模空调负荷的接入加剧了电网负荷峰谷差,对电网经济性运行造成了严重影响。因此,寻求削减空调负荷的有效措施具有重要意义。本文研究了实时电价环境下计及太阳辐射不确定性的太阳能建筑用电优化问题,为了充分利用太阳能资源,该太阳能建筑配置了光伏/光热一体化系统,该系统光热部分收集的热能用于降低建筑空调系统对电量的需求,光电部分产生的电能被存储于蓄电池中,负责向晚间负荷供电。同时针对不确定性问题,本文引入了误差概率模型,采用蒙特卡洛模拟方法计算太阳能建筑的日用电成本,并且考虑不同可控负荷的用电特性,优化建筑内部电气设备的用电时段,以实现降低实时电价环境下用户的用电成本的目标。算例分析中,对比分析了配置有光伏/光热一体化设备的太阳能辅助系统和传统系统的用电经济性。     

太阳能光热光电综合利用

太阳能光热光电的综合利用技术是将聚光、分光、热电联用等技术集成,通过对太阳能全波段能量进行一体化地利用,可极大地提高太阳能的利用效率,降低成本,具有重要的研究价值和市场应用价值。文章介绍了太阳能光热光电综合利用系统的技术情况,分别对集中式和分布式两种技术路线作了阐述,分析了聚光PV／T系统以及与建筑一体化设计的PV／T系统的未来发展方向。最后,结合各类太阳能利用系统的特点,比较分析了各种光热光电技术存在的问题,提出了综合利用各种光热光电技术来提高应用效果的理念。     

一种新型PV/T复合系统电、热性能对比研究

为提高光伏光热一体化系统(PV/T)能量输出,将新型铝合金背板型光伏组件和自行设计制作的不锈钢扁盒流道集热板相结合,用导热硅胶加以粘接构成新型PV/T复合系统.将新型PV/T复合系统、常规TPT背板光伏组件、常规平板集热器至于同于工况下进行测试,测试结果表明,与TPT光伏组件相比,新型PV/T系统的电压约提升了0.5～1.5V,电转换效率、填充因子、输出功率及发电量平均提高了9.76％、1.49％、3.75％、4.02％.而复合系统热效率比常规平板集热器约低22％左右.相对于常规TPT光伏系统或自然循环平板集热器热水系统,新型PV/T系统有发电量高、占地面积小、综合性能效率高等优点.     

屋顶光伏光热系统的容量优化配置

高校建筑是用能重要用户,主要存在电、热两种用能形式,充分利用高校建筑屋顶资源开发太阳能项目并合理配置储能,能够有效提升用能经济性。以提高经济性为目标,设计了一种包含光伏、太阳能集热器、热泵和蓄电装置的屋顶光伏光热系统,考虑设备的购置和运维费用,利用差分进化算法求解出光伏光热系统中设备的最优容量配置结果,实现用户侧的单位电量成本最低。最后,以我国西北地区某一高校宿舍楼为实际算例,得到了该光伏光热系统的最小单位电量成本以及最优目标下的配置方案,为绿色低碳型校园建设提供借鉴。     

CPC型光伏／光热装置测控系统设计与实现

针对太阳能光伏光热综合利用技术中如何有效协调光热效率和光电效率的问题，开发一种以iFIX为支撑平台的CPC型光伏／光热装置测控系统。开发友好人机画面实时监测现场装置的主要运行参数，并手／自动调节入口水工质流量，对光伏电池板进行有效散热降温以及输出稳定温度的水工质，提高装置的光电效率和光热效率，从而达到高效的太阳能热电联用目的。     

太阳能电热联产技术研究综述

该文综述了目前电热联产系统(photovoltaic/thermal，PV/T)的研究现状。系统地比较了目前的研究进展，首先概述了PV/T系统的发展，总结了各类(气冷式和水冷式，平板式和聚光式)PV/T系统的结构特点，分析比较了各类PV/T系统的性能。为分析PV/T系统效率，详细介绍了PV/T系统效率的试验测试方法和基于辐射传递模型和热平衡模型的理论计算方法。同时分析了目前的研究热点：与建筑一体化的PV/T系统及聚光PV/T系统。最后，结合各类PV/T系统特点，概述了目前PV/T系统的优点和存在的主要问题。     

Moment performance of photovoltaic/thermal hybrid panel (numerical analysis and exergetic evaluation)

A photovoltaic/thermal hybrid panel (PV/T) is a high‐efficiency energy converter which supplies electrical energy and thermal energy from solar energy. In this paper, we report characteristics of two PV/T types under various environmental conditions and fluid flow rates, using numerical analysis. We found photovoltaic efficiencies to be 9.61% for PV/T_A and 10.56% for PV/T_B at T _c = 25 °C; thermal ones were 52.11% for PV/T_A and 40.14% for PV/T_B at T_f = 40 °C, I_rr = 800 W/m². From these results, we propose some design points to construct the optimum structure of PV/T. Next, we adopted exergetic evaluation to study electrical energy and thermal energy quantitatively. As a result, we could confirm the existence of flow rate maximizing the total efficiency (optimum flow rate) on some environmental condition, and could define the optimum operating condition. Moreover, we compare exergetic efficiencies on optimum operating conditions (maximum exergetic efficiency) under various environmental conditions with PV, PV/T_A, and PV/T_B. A rise of maximum exergetic efficiency with increasing irradiance yielded –3.6%/kW ⋅ m^–2, +3.6%/kW ⋅ m², and +1.4%/kW ⋅ m², respectively. Nevertheless, we could confirm a hybridizing advantage of high irradiance. © 2000 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 133(2): 43–51, 2000     

Analysis of possible introduction of PV systems considering output power fluctuations and battery technology,employing an optimal power generation mix model

This paper presents an evaluation of the impact of extensive introduction of photovoltaic (PV) systems and stationary battery technology into the optimal power generation mix in the Kanto and Kinki regions. The introduction of solar PV systems is expected to be extensively deployed in the Japanese household sector and utility companies in order to address the concerns of energy security and climate change. Considering this expected large‐scale deployment of PV systems in electric power systems, it is necessary to investigate the optimal power generation mix which is technologically capable of controlling and accommodating the intermittent output‐power fluctuations inherent in PV systems. Against this background, we develop both a solar photovoltaic power generation model and an optimal power generation mix model, including stationary battery technology, which can be used to explicitly analyze the impact of PV output fluctuations at a detailed time interval resolution such as 10 minutes for 365 consecutive days. Simulation results reveal that PV introduction does not necessarily increase battery technology due to the cost competitiveness of thermal power plants in the load‐following requirement caused by PV systems. Additionally, on the basis of sensitivity analysis on PV system cost, dramatic cost reduction proves to be indispensable for PV to supply bulk electricity similarly to thermal and nuclear power plants. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 182(2): 9–19, 2013; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.22329     

光伏组件输出电气特性研究及在线预测方法

以光伏组件的传热机理分析为基础,从传热学的角度建立了一种光伏组件的一维热模型。该模型同时考虑了光照辐射、环境温度与风速等气象因素,可实现对太阳能电池温度的在线预测,其有效性得到了实验结果验证。针对传统的光伏组件输出特性评估中仅考虑光照度与环境温度、不计及风速影响的缺陷,提出了基于热模型的精确在线评估方法。该方法为光伏电站的建站选址、改造设计提供理论依据,同时有助于光伏组件的运行状态监测与故障诊断。     

光伏建筑一体化社区热电联供调度策略

针对冬季寒冷条件下光伏建筑一体化社区(BuildingIntegratedPhotovoltaic, BIPV)的电辅热装置性能系数(Coefficient of Performance, COP)大幅下降的问题,提出一种新型光伏建筑一体化社区热电联供调度策略。首先,提出一种含可翻转热电联供模式(ReversibleSolarThermalElectricityCogenerationMode,RSTECM)和相变储能系统的新型热电联供系统,量化分析了热泵性能系数和光伏出力随环境条件的变化情况。然后,引入一种含等效热参数(Equivalent Thermal Parameters, ETP)的建筑热力网络,由此建立一种含热力系统和电力系统的社区微网模型,并以社区运行成本最小化为优化目标。最后,引入差分化处理和热力侧-电力侧问题交互迭代的算法,实现优化模型的高效求解。算例仿真验证了所提能源供给模式及协调调度策略的可行性和优越性。     

温度对光伏电池转换特性影响的理论及实验研究

根据光伏电池的转换特性,详细分析温度对光伏电池开路电压、短路电流、填充因子及转换效率的影响。并设计测试平台,对多晶硅光伏电池实际输出转换效率的温度特性进行了实验研究。结果表明,硅光伏电池输出开路电压随温度升高的减少率约为-2.3mV/K,理想填充因子随温度升高的减少率约为-4.5×10-4/K,短路电流随温度增加而增大,其随温度升高的增加率约为1.21mA/K。总体而言,光伏电池转换效率随温度增加而减少。同时,实验结果也证明多晶硅光伏电池实际输出效率随其温度升高的减少约为-0.22%/K,实验结果与理论分析基本一致。研究结果为光伏系统的优化设计提供了理论及实验基础。     

基于IEC 61850的光伏监控系统设计

为了解决光伏发电系统中设备的互操作问题。设计了基于IEC61850标准的光伏监控系统。应用IEC61850信息建模方法,给出了光伏发电系统的逻辑设备及其包含的主要逻辑节点,并详细阐述其作用。通过光伏单元设备中逻辑节点在一次接线图中的分布展示了基于lEC61850标准的光伏监控系统的功能组成,并进一步给出基于IEC61850标准光伏监控软件的体系结构和功能。文章方案可为开发具有互操作性的光伏监控系统提供参考。