相变材料在降低光伏组件温度系数影响的应用及实测分析

本文探讨了使用相变材料(Phase Change Material, PCM)来降低光伏组件温升,克服光伏组件温度系数负影响,从而提高其发电量的方法,定制开发了被动控温装置,并通过实测验证了技术路线的可行性。光伏组件在发电过程中会吸收太阳辐射引起本体温度的升高,导致光电转化效率会显著下降,这个系数为光伏组件的温度系数。为了克服这一问题,本文提出在光伏组件中引入相变材料,利用其储热和释热特性,实现对光伏组件温度的有效控制。通过方案分析和实测验证,本文明确了光伏组件使用相变材料控温的关键边界条件,研发了一种控温装置,开展了典型项目的实测验证,证明了相变材料在降低光伏组件温升、提高发电效率方面的显著效果。

纳米铜/石蜡复合相变蓄热材料的导热性能研究

采用HotDisk热分析仪测试了Cu/石蜡体系在不同纳米颗粒质量分数、温度和热循环次数下的导热系数。研究表明,Cu/石蜡体系的固、液态导热系数随纳米Cu颗粒含量的增加呈非线性增加;温度变化对相变材料导热系数的影响并不明显,但当温度升高至相变温度区间时,相变材料的导热系数急剧增加;复合材料在经历100次热循环后,材料的导热系数值仍较稳定。

含半透明相变材料玻璃围护结构光热特性分析

建立考虑太阳辐射加热下,含半透明相变材料(PCM)类玻璃围护结构的一维相变导热和辐射传热耦合稳态传热模型,采用控制容积法结合布格尔定律,数值求解含相变材料玻璃围护结构内部的能量传递,分析相变材料的吸收系数和折射率对其内部温度分布、热流、透光率的影响。结果表明:玻璃围护结构的内部辐射传递对其传热过程影响较大;相变材料的吸收系数和折射率的增加有利于其内部温度、热流以及透光率的提高。该结论可为新型相变玻璃围护结构的设计提供理论参考。

相变储能材料在混凝土中的应用研究现状

相变材料和普通建筑材料复合的具有相变储能功能的建筑材料具有很好的节能环保优点。对相变储能混凝土的制备、性能及其应用做了较全面的阐述,同时对目前相变储能混凝土研究中存在的问题和未来发展前景做了必要的分析和总结。相变储能混凝土在具有较好力学性能的同时,又增加了混凝土的相变储能调温功能。该种混凝土在满足居住舒适度的同时也减少了建筑物对能源的消耗,对于建筑的可持续发展有积极作用和贡献。

半导体制冷-相变材料保温的电池组热管理

为提高户外基站备用电池组的工作性能、延长使用寿命,需要进行冷却和保温。将半导体制冷(TEC)与相变材料(PCM)保温相结合,对基站用48 V铅酸电池组进行热管理。模拟分析TEC的布置、制冷功率和环境温度对冷却保温效果的影响。TEC设置在电池组前后两侧、制冷功率为170 W时,可降低电池的温度、提高冷却阶段电池组温度场的一致性、延长保温时间。电池组经过连续的冷却保温过程,仍处于最佳工作温度范围,电池充放电时的最高温度可得到抑制。

基于半导体制冷-相变材料的电池热管理

相变材料用于锂离子电池冷却时,可能会受环境温度的影响;半导体制冷片用于电池冷却时,通常要对发热端进行液冷,结构较复杂。为解决上述问题并实现优势互补,提出一种半导体制冷片结合相变材料的锂离子电池热管理思路。建立三维传热模型,进行仿真计算。在散热工况下,环境温度分别为25℃、35℃和45℃时,5 C恒流放电的方形(70 mm×27 mm×90 mm)磷酸铁锂锂离子电池的最高温度始终都在60℃以下;在加热工况下,环境温度为-10℃、-20℃时,使本身不产热的电池的最低温度达到0℃,分别需加热223 s、479 s。该热管理结构既可满足电池在不同环境温度下的散热需求,也可实现低温下较好的加热效果。

CaCl2·6H2O/EG复合相变材料的制备与性能研究

为了改善六水氯化钙的蓄放热性能,以六水氯化钙为相变材料(PCM)、膨胀石墨(EG)为载体、六水氯化锶为成核剂,采用物理吸附法制备六水氯化钙/膨胀石墨复合相变材料,研究复合相变材料的热物理特性.采用步冷曲线法,研究复合相变材料的过冷度、蓄/放热性能和热循环稳定性;采用扫描电镜、差示扫描量热法、热流计导热仪,对复合相变材料的显微形貌、相变潜热、相变温度、比热容和导热系数进行测定.结果表明:在六水氯化钙中添加质量分数为10%的膨胀石墨和质量分数为2%的六水氯化锶,复合相变材料的相变潜热为151.6J/g,导热系数提升至3.328W/(m·K),过冷度保持在2℃以内.相变材料的导热系数及过冷度得到显著改善.

相变路面抑制降温效果研究

本文以混凝土路面为研究对象,向路面主体材料中添加PEG300和PEG400作为相变材料,膨胀石墨为封装材料制备相变储能路面,利用COMSOL Multiphysics多物理仿真软件对路面模型进行模拟研究,探究复合相变材料(PCMs)不同掺量下的路面抑制降温能力的变化规律。结果表明:对4种不同PCMs掺量的相变储能路面传热3 h后6.76 cm深度的温度进行对比分析,发现掺量为4%,8%,12%的相变路面温度分别比水泥路面温度高1℃,1.4℃,1.6℃,掺量为4%时温度增加量最大。相变储能路面在深度为4 cm时降为0℃需要的时间均大于水泥混凝土路面需要的时间,水泥混凝土路面在4 cm时达到0℃需要的时间为3 h,PCMs掺量为4%的相变储能路面需要4.4 h,延缓了1.4 h;掺量为8%的相变储能路面需要5.6 h,延缓了1.2 h;掺量为12%的相变储能路面需要6.6 h,延缓了1 h。PCMs掺量每增加4%,其增加的延缓时间在降低,从0%掺量增加到4%时,增加的延缓时间最长。综上两种分析,最优的PCMs掺量为4%。相变储能路面抑制降温的能力可延缓路面温度降为0℃的时间,从而抑制结冰,减少路面损伤。

基于相变材料的半导体热电发电器性能优化研究

近年来,利用相变材料(phase change material,PCM)提升半导体热电发电器(thermoelectric generator,TEG)输出性能及维持TEG长效运行受到广泛关注。针对现有PCM-TEG结合方式复杂且缺乏统一认识的现状,建立了PCM-TEG耦合数学模型,对比了PCM布置在TEG热侧、冷侧及双侧时的系统性能,提出了骨架PCM设计并验证了其有效性。结果表明:骨架PCM设计通过实现TEG热管理,在一定程度上能提升器件的输出能力,并能利用自身蓄热能力有效地避免热电器件失效;骨架PCM设计优于常规无骨架PCM-TEG的系统性能;热侧PCM-TEG和双侧PCM-TEG设计能有效维持TEG的稳定运行;增强TEG冷侧换热能力,可弥补热侧PCM-TEG系统性能的不足。研究结果可以为下一步PCM-TEG应用研究提供参考。

相变材料在建筑墙体中的应用分析

为研究不同形式相变墙体的工作性能,按0、5%、10%、20%将相变微胶囊等体积替代普通混凝土中的细骨料,使用微胶囊法和夹层法制备尺寸为500 mm×300 mm×100 mm的五种相变混凝土墙体,通过电加热板模拟太阳辐射强度分析其热工性能,采用压力试验机测试其抗压强度。试验结果表明:同一相变材料掺量下,O-Ⅰ型墙温升速率和温度峰值均较大,Ⅲ型墙体导热系数大于O-Ⅱ型墙,O-Ⅱ-O型墙升温速率明显大于O-Ⅱ型墙,O-Ⅱ型墙热工性能表现最为优异,且28 d龄期时能满足设计强度等级的要求。同一龄期下,混凝土抗压强度从大到小依次为O型、O-Ⅱ型、Ⅲ型、O-Ⅱ-O型、O-Ⅰ型。

光伏组件相变材料/热管耦合控温的实验研究

为控制光伏组件(PV)工作温度从而提高发电效率,提出利用相变材料/热管耦合控温的方法,对比实验研究了相变材料/热管耦合光伏组件热管理系统(PV-PCM/HP)、纯相变材料热管理系统(PV-PCM)和参考组光伏组件(PV-ref)的发电量。结果表明:PV-PCM和PV-PCM/HP系统均能起到对光伏组件控温增效的作用,其中又以PV-PCM/HP效果更佳,其峰值温度降低5.86℃,平均光电转换效率增长0.52%。纯相变材料模块在材料熔化阶段能够起到控温效果,但在太阳辐射照度较小时会作为热阻阻碍组件的散热。相变材料与热管的协同作用在日间延长了控温时间,进一步降低了组件温度,在夜间加速相变材料内热量的导出。

高填充十八醇/膨胀石墨相变储能材料的制备及性能研究

以十八醇(OC)为相变材料、膨胀石墨(EG)为支撑材料,通过“熔融共混、压制定形”的方法制备了16种不同混合比例的OC/EG定形复合相变材料。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)对复合材料的微观形貌、结晶相和官能团分布进行了分析,并利用差示扫描量热仪(DSC)和Hotdisk对复合相变材料的相变焓、相变温度和热导率进行了测试。结果表明,当EG质量分数为28%、样品密度为900 kg/m^(3)时,其熔融焓和凝固焓分别为181.48 kJ/kg和161.52 kJ/kg,熔化温度和结晶温度分别为57.14℃和55.46℃,有效热导率高达13.08 W/(m·K),表现出较高的充放热性能和导热性能,约为纯OC[0.38 W/(m·K)]的34倍;在此基础上对样品进行了50次充放热循环稳定性测试,结果EG质量分数为28%、密度为900 kg/m^(3)和1000 kg/m^(3)的样品具有较好的循环稳定性、导热性和凝固放热特性。

基于相变材料—泡沫铜—翅片复合结构的锂离子电池热特性研究

通过在相变材料(PCM)中添加高孔隙率的泡沫金属与翅片形成复合结构,对18650仿形电池进行热特性实验研究.实验发现,纯石蜡传热根据电池温升分3个阶段,并通过可视化装置对相变关键点进行验证.添加泡沫金属可提高系统整体热导率,但会抑制液体石蜡的对流换热,导致温度平台消失.泡沫铜—翅片复合结构增强了电池与PCM之间的换热,且在高功率下系统表现出更好的热特性.此外,建立单温度模型进行数值验证,仿真结果与实验数据基本符合.

环形蓄热片相变材料固化时热传导问题的Green函数瞬时解

当环形蓄热片为相变材料所固化时,应用Green函数法分析其瞬时的温度分布.在一个柱形壳体中存储该相变材料(PCM),蓄热片上固体相变材料的厚度随时间而变化,并由Megerlin法求得.找到模型用Bessel方程构成的分析解,讨论了3种不同类型的边界条件,给出了解析解和数值解的比较.结果表明,所有情况下得到的蓄热片温度分布精度是令人满意的.

不同分子量聚乙二醇的相变热性质研究

通过利用差示扫描量热法(DSC)对不同分子量的聚乙二醇(PEG)进行了相变过程中热力学参数的测定,得出聚乙二醇的贮热能力在一定聚合度范围内随聚合度的增加而增强的规律。

相变储能技术在汽车节能中的应用进展

目前,汽车已经成为人们工作和生活不可缺少的交通工具,与此同时汽车也成为环境污染的重点源头,为了节约能源,减少环境污染,实现人类社会的可持续发展,发展新能源汽车已成为世界各国的汽车生产和使用的主要趋势和基本政策。动力电池的温度控制是电动汽车的关键技术,为了解决锂电池的温度不稳定问题,提高新能源汽车锂电池的安全性能,许多学者研究了PCM应用于锂电池控温技术和热性能,并且通过加入金属、石墨、纤维素等化合物以改善电池传热性能,还用计算机模拟的方法,建立起热传导的数学方程式,为PCM在锂电池的应用提供理论依据。此外,将PCM应用于汽车尾气排放过程中的能源回收和汽车室内温度调节过程也是汽车节能的研究方向,这些过程可以采用主动式或者被动式的控温和制冷。不仅可以减少汽车运行过程中对环境的污染,节约能源,提高汽车的安全性,而且还能保持汽车在运行和停止过程中室内的温度恒定,提高车乘人员的舒适程度,有利于车乘人员的身心健康。

相变调温针织物的强力及调温性能

对相变调温针织物进行了设计和编织,对其强力及温度调节性能进行了研究。实验数据证明:相变调温针织物具有明显的智能调温效果,但薄型相变调温针织物的调温时间较短,调温幅度较小,且相变调温针织物的强力较低。经分析发现:相变调温针织物的调温效果与混纺纱的混纺纤维种类,织物的组织、厚度、密度等因素有关,通过改变织物结构,增加织物的厚度可以有效提高相变调温针织物的调温效果。

非均匀翅片对级联相变储热系统热性能强化的研究

级联相变储热是一种具有重要商业前景的相变储热技术。利用数值模拟方法研究了一种采用非均匀翅片布置进行强化传热的级联相变储热系统,分析了各级相变储热模块采用均匀翅片数量和均匀翅片高度布置对系统的强化作用,进而研究了各级模块采用非均匀翅片数量和非均匀翅片高度布置下系统的充/放热性能。研究结果表明:相比于各级采用均匀翅片数量布置,采用非均匀翅片数量布置的级联相变储热系统可缩短完全熔化及凝固总时间约5.2%,同时提高系统充热平均功率约12.6%;采用非均匀翅片高度布置可略微缩短系统完全熔化及凝固总时间,但对系统充/放热平均功率影响较小。研究结果对级联相变储热系统的强化传热具有一定理论指导价值。

高碳醇/膨胀石墨复合相变热沉多目标优化

为解决高温工作环境下电子芯片的发热问题,设计采用相变材料(PCM)的控温模块,建立相变材料的控温模块模型。相变材料选择高碳醇/膨胀石墨复合材料。借助FLUENT软件进行数值模拟,探究在相同加热功率下,加热面积对控温时间的影响。对控温模块的几何尺寸进行参数分析,将数值模拟结果用于训练人工神经网络,实现对控温时间的预测。根据芯片发热功耗、芯片尺寸,通过NGSA-Ⅱ多目标优化算法优化控温模块几何尺寸,延长控温时间,降低模块质量。最终得到一系列非支配解集,可根据控温时间需求选择合适的模块尺寸设计。针对长宽为35.4 mm、发热功率为15 W的芯片进行控温模块优化设计。环境温度为80℃,温控目标小于90℃,控温时间180 s,优化后模块减重13.0%,模块内温度与液相分布也更均匀。

PV/PCM系统热控特性机理及实验研究

以光伏/相变材料(PV/PCM)热控系统结构为研究对象,开展光电热转换、传输、存储及温度控制机理研究,建立PV/PCM二维有限元热控分析模型。开展了相变材料热导率、熔点、厚度、太阳辐照度等对PV/PCM内部温度分布及太阳电池温度控制特性影响研究。设计了PCM的峰值熔点分别为42.9℃、46.7℃和58.1℃三种PV/PCM实验样机,在模拟光源条件下,开展实验测试,三种样机太阳电池温度控制在50℃内的时间分别为1.6 h、1.45 h和1.18 h,输出功率与无PCM热控太阳电池平均输出功率相比分别增加8.76%、6.95%和3.9%。