一种轻薄型光伏/光热集热器性能分析及实验研究

【目的】野外作业和户外生存对能源的需求越来越大,现有常规供能方式存在一些重要缺陷,例如常规发电机需携带大量燃油、蓄电池重量大等。太阳能光伏/光热(photovoltaic/thermal,PV/T)发电技术可有效解决户外生存和野外作业能源缺乏的问题,而现有的PV/T集热器多为刚性结构、重量大而不便于携带。【方法】提出一种基于铜铟镓硒薄膜电池和毛细管网相结合的轻薄型PV/T组件,通过实验的方法研究该组件的集热性能及水流量对组件光电、光热转换效率的影响。【结果】在典型上海气候下,该组件的全天电效率、热效率分别为13.04%、22.50%;在平均辐照度为760 W/m^(2)的实验条件下,水流量为2.1 L/min时,此PV/T的集能性能最优;毛细管网内冷却水可有效降低电池温度(10℃)、提高能量利用效率(23.94%)。【结论】该组件具有高功率密度、轻便灵活的特点,可用于野外作业、户外生存时的能源供给,为户外能源装备的设计提供了新思路。

低倍聚光光伏/光热与地源热泵集成系统综合分析及优化

将光伏/光热利用与地源热泵相互耦合,有望利用光伏余热避免热泵性能衰减,还可利用光伏电力部分满足热泵电能需求,前景广阔。构建了低倍聚光光伏/光热与地源热泵的集成系统运行仿真模型,对系统开展了运行性能分析;并进一步研究了系统全生命周期成本的关键影响规律。结果表明:集成系统光伏年均发电效率达17.73%,较单一运行系统提升9.58%,光伏/光热装置的光伏余热可有效减少土壤温度衰减,热泵长时运行性能较参比系统提升16.58%;系统运维成本随光伏/光热装置和地源热泵规模增加而减少,投资成本随之增加,总的全生命周期成本随规模增加先减后增;以全生命周期成本为目标函数,基于粒子群算法开展系统经济性优化,全生命周期成本较最大规模容量设计降低31.52%。相关结论可为光伏/光热与地源热泵集成系统优化设计提供理论参考。

光伏/光热耦合空气源热泵系统性能优化

为探究某地区光伏/光热耦合空气源热泵供暖系统的运行性能,采用实测与建立模型数值分析相结合的方法,对冬季供暖系统在典型日运行下发电量、耗电量、供暖效果以及总投资费用进行分析和讨论。首先,建立Trnsys仿真模型,利用该模型对供暖季进行模拟计算及实例验证;其次,利用非支配排序遗传算法,将光伏/光热组件倾角、光伏组件与光伏/光热组件面积、空气源热泵制热量、储热水箱温度、蓄电池容积作为优化变量,以光伏系统发电量最高、供暖系统耗电量最低、系统初始投资最低为目标,在JEplus软件内进行多目标优化,提高该系统的运行性能。最优目标下的配置方案表明,在系统初始投资增加0.97万元的基础上,光伏发电总量增长了117.40%,系统耗电量降低了38.76%。

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、[火用]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[火用]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。

复合抛物面聚光器–光伏/光热与燃煤发电机组联合供能系统性能分析

设计出独立双层流道式和回路双层流道式结构的水冷式复合抛物面聚光器?光伏/光热(CPC-PV/T)电热联用装置,分析比较2种装置的特征,CPC-PV/T集热单元之间采用蛇形对冲式连接方式;提出将多个CPC-PV/T电热联用装置并联连接组成的CPC-PV/T预热系统辅助加热燃煤机组凝结水,以及作为扩容蒸发式太阳能蒸汽发生系统(VEESG)辅助燃煤机组联合热发电的预热段2种集成方式,针对2种集成方式研究其集成机制。结果表明,联合发电系统机组热经济性随CPC-PV/T进水流量的增加成线性递增趋势;其出水温度可达90℃以上,在一定进水流量范围内,CPC-PV/T热效率随进水流量的增加而降低,随辐射强度的增强而提高;CPC-PV/T电效率随进水流量的增加呈波形递增趋势,其平均电效率、热效率分别在13.4%、42%左右。与独立的光伏或光热系统相比,CPC-PV/T占地面积小、太阳能利用率高。

两种集热结构的太阳能光伏/光热一体化热泵性能分析

探讨了一种直接将热泵蒸发管设置在太阳能光伏集热板背面的新型光伏/光热一体化热泵(PV/T-HP)系统。设计了采用普通铜管和多孔铝扁管的两种集热/蒸发器结构,对二者进行性能模拟与对比分析。结果显示:采用多孔铝扁管集热蒸发器的热泵系统因其更好的传热性能而具备更高的电效率和制热性能系数。对PV/ T-HP系统的全年运行性能模拟表明,该系统可同时高效地输出电能和制得50℃热水。此外还提出,根据季节和天气变化控制压缩机容量的控制策略优化系统运行以提高其全年综合性能。

平板型太阳能光伏/光热一体化热泵热水系统特性

研究了一种平板型太阳能光伏/光热一体化热泵(PV/T-HP)系统,制冷剂R134a直接在太阳能光伏板背面盘管内吸热而蒸发,以降低光伏电池工作温度,保证其高效稳定地输出电能;集热器同时作为蒸发器,所收集的热量经热泵循环进行温度提升,为建筑提供生活热水、供暖和驱动制冷空调。对平板型PV/T-HP热水系统在南京室外的一个夏季晴天工况下循环加热180L水至60℃进行了实验研究,探讨了太阳总辐照度、光伏/集热器工作温度以及光电输出控制方式对系统光电、光热综合输出特性的影响规律;对比实验得出了在热电联供模式下,系统发电量比无冷却的单一光电输出模式下相对高出35%。

光伏/光热一体化热电性能的实验研究

以上海市独栋住宅建筑屋顶光伏/光热一体化(PVT)系统为研究对象,对系统运行的集热与发电性能进行了实证研究。通过对系统运行参数的连续监测,实证了系统集热量、集热效率、发电量及发电效率等指标。研究结果表明:系统集热效率为33.72%,发电效率为10.33%,平均一次能源效率为66.74%;同时,由于PVT系统的冷却作用,相比于普通的光伏(PV)系统,PVT电池片温度相对较低,发电效率维持在较高的水平;由于技术限制,其单位功率(发电)成本为15.48元/W,相对于单独的光伏和光热系统,经济成本仍偏高。

太阳能光伏/光热综合利用的温控系统设计

基于薄膜光学和传热学原理,利用特定光学薄膜滤除紫外线,以及热循环系统降低太阳能电池工作温度,设计了光伏/光热综合利用的温度控制系统.在阐述温控系统工作原理及其设计思路的基础上,提出系统指标体系,分析环境温度以及光谱透过率对传热效率的影响,并提出合理的改进方法.应用TFCalc薄膜设计软件设计特定的光学薄膜,仿真结果表明,所设计的薄膜能反射一定带宽的紫外光谱.该温控系统对于当前广泛使用的太阳能光伏发电系统具有良好的实用价值.

太阳能光伏/光热集热器设计与性能研究

光伏/光热(PVT)集热器集光伏发电与太阳能低温热利用为一体,通过冷却太阳电池得到低温热量,一方面达到提高电池效率的目的,另一方面可同时回收利用产生的低温热量。PVT集热器可实现较高的综合效率,而且在输出相同的情况下比分离式的太阳电池板和普通太阳集热器占地面积更少,是一种具有前景的新型太阳能利用技术。本文介绍了PVT集热器的概念设计和对其性能的理论和实验研究结果。

聚光光伏/光热实验平台测控系统研制

针对西安交大搭建的聚光光伏/光热(CPC-PV/T)实验平台性能优化和实时监控的需要,开发一种基于IFIX组态软件的聚光光伏/光热实验平台测控系统,并详细阐述了硬件系统和软件系统。采用研华亚当5000系列的数据采集与控制模块与IFIX通信,实现现场数据采集与控制。新开发的系统实时监控CPC-PV/T实验平台温度、流量等运行参数,并通过PID调节器、CPC跟踪系统和最大功率跟踪进行调节控制,为提高光电效率和光热效率提供了辅助技术手段,有利于达到高效的太阳能热电联用的目的。

长沙地区太阳能光伏/光热复合家用热水系统经济性分析

采用动态系统模拟软件TRNSYS建立4人用水规模的典型家庭光伏/光热复合热水系统模型,以长沙地区的气象参数逐时模拟系统的全年发电和产热量。根据TRNSYS计算结果和当地的电价,对系统进行经济性分析和影响经济性因素的敏感性分析。结果表明:生命周期内该系统在长沙区域使用的动态投资回收期范围为7.6~16 a,能源综合价格现值小于0.3元/KWh,内部收益率范围为11%~24%,具有投资经济可行性。敏感性分析得出,电价增长率和基准折现率对系统的经济性影响较大,系统的经济性随电价增长率增加得到显著提高。

夏热冬冷地区太阳能光伏/光热−地源热泵联合供热系统运行性能模拟

以夏热冬冷地区的典型居住建筑为例,利用TRNSYS软件研究光伏/光热−地源热泵(PV/T-GSHP)联合供热系统的运行性能以及主要设计参数(PV/T组件面积、地埋管间距和地埋管长度)对联合供热系统运行性能的影响。研究结果表明:PV/T-GSHP联合供热系统能有效保证土壤热平衡,系统运行20 a后土壤温度仅增加0.8℃;PV/T-GSHP联合供热系统的热泵机组季节能效比相对于传统地源热泵(GSHP)系统提高43.8%,与独立光伏(PV)系统相比,PV/T组件的光伏电池最高温度降低约35℃;当PV/T组件面积增加至屋顶面积的2/3时,热泵出水温度大于5℃;当PV/T组件满屋顶安装时,太阳能保证率接近100%;地埋管间距对PV/T-GSHP联合供热系统的太阳能保证率影响很小,可以忽略;在不同的PV/T组件面积下,热泵机组季节能效比均随地埋管长度增加而小幅度上升。

光伏/光热-地源热泵联合供热系统运行性能研究

为解决太阳电池的发电效率随温度升高而下降以及地源热泵系统供热引起的土壤热失衡问题,以典型居住建筑的光伏/光热-地源热泵(PV/T-GSHP)联合供热系统为研究对象,基于TRNSYS软件,采用土壤温度、地源热泵机组季节能效比、光伏发电效率和太阳能保证率为评价指标,对该联合供热系统进行运行性能分析。研究结果表明:夏热冬冷地区(以长沙为例)太阳能保证率相对较高,PV/T组件面积为满屋顶最大化安装(900 m^(2))时,第20年末土壤温度相比初始地温仅升高0.8℃,热泵机组季节能效比约为5.1,太阳能保证率为97.0%~98.7%;不同气候地区的太阳能保证率与PV/T组件面积和建筑全年累计供热量有关,通过定义单位建筑全年累计供热量PV/T组件面积指标,得到中国不同气候地区的太阳能保证率与该指标的耦合关系,回归方程的决定系数R^(2)为0.983,得出在已知建筑全年累计供热量和太阳保证率设计目标值的条件下所需PV/T组件面积的计算方法。PV/T-GSHP联合供热系统的全年运行能耗显著小于平板太阳能集热器-地源热泵联合系统(最小降幅为沈阳,49.7%),远小于空气源热泵(最小降幅为石家庄,79.8%)和燃气壁挂炉(最小降幅为沈阳,65.1%)。

太阳电池冷却及光伏/光热一体技术的新进展

由于太阳电池光电转换效率随自身温度的升高而下降,因而对太阳电池进行冷却成为当前太阳能光伏研究的一项重要内容;同时,在太阳电池冷却的研究课题当中引申出了光伏与光热相结合(PV/T)的概念,使太阳电池转换而成的热量得以应用,这是新能源产业的一项重要发展趋势。收集并整理了近5年国内外的太阳电池冷却方法和光伏光热一体化研究成果,特别是针对平板式太阳电池组件与太阳能集热器相结合的研究文献,对其进行了分析和比较。

通风型光伏/光热建筑一体化系统的实验研究

以铜铟镓硒光伏组件为光电单元,通过构建对比实验组研究通风流速和气候条件对通风型光伏/光热建筑一体化系统的光热和光电性能的影响.结果表明,系统得热功率和发电功率均与辐照强度呈正相关,受环境温度影响,变化规律并非完全一致.当通风流速为2.2 m/s时,太阳能综合利用率达到65.4%,提出平均得热效率和相对发电量用于表征系统的光热及光电性能,获得与通风流速的定量关系;当通风流速由0.4 m/s增大到2.2 m/s时,系统平均得热效率提高了130.0%,发电效率仅增加4.0%左右.在考虑阻力耗能的情况下,通风流速是系统高效运行的关键,通过不同地域的重复实验,验证了定量关系的普适性.

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/m~2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%。

太阳能光伏/光热一体化系统性能研究

建立了光伏/光热系统的电学模型和热学模型,通过耦合与解耦获得夏日、冬日的系统运行特性,分析了辐照值、环境温度以及风速对系统输出效率的影响。结果表明,无论夏日还是冬日,辐照最强时刻系统产生的电能、热能最多;冬日因辐照时间短,环境温度低,产生热能增益的时间低于夏日,存在结冰、结冻风险;系统输出效率受风速影响程度有限,风速提高时,系统电效率基本不变而热效率略降0.14%。

光伏/光热与光伏发电系统的性能及节能对比分析

光伏/光热(PV/T)系统可同时产出电能和热能,具有较高的综合效率,但其生产成本和生产能耗均高于常规的光伏发电(PV)系统。以我国典型气候区的5个代表性城市的典型年气象数据为基础,基于分布参数法建立了PV系统和PV/T系统的控制方程,模拟得到二者在5个不同城市的光电收益和光电光热综合收益。基于能量偿还时间和碳减排量,对比分析了两套系统在不同地区的节能特性。结果表明,PV/T系统的年发电量低于常规的PV系统;PV/T系统的综合效率远高于常规PV系统,其年均值在58.89%~69.91%。PV/T系统具有较短的能量偿还时间和更高的碳减排量;与常规PV系统相比,其能量偿还时间少0~0.8 a,碳减排量高3~5倍。

光伏/光热/沼气能源生态模式设计与应用

该文针对陕西省榆阳区连阴雨雪天气光伏发电少、光热采暖热量不足、冬季低温沼气池难以启动运行甚至冻坏池体的现实情况,设计采用光伏发电、光热太阳能采暖和沼气系统组合运行应用的能源生态模式,打破单一系统新能源使用受限问题,实现清洁能源互补持续利用和农业废弃物循环高效利用,促进农村节能减排、低碳生活、绿色发展和产业转型升级,服务打赢"蓝天保卫战""、碧水攻坚战""、净土防御战",推进美丽新农村建设和乡村全面振兴。