光伏光热联合双源热泵系统运行模式研究(1):最佳切换模式验证

讨论了光伏光热联合双源热泵系统制热运行的最佳切换模式。利用TRNSYS软件建立了仿真模型,对双源(水源、空气源)热泵系统性能系数(COP_(s))进行了计算,提出以某时刻空气源热泵模式或水源热泵模式运行COP_(s)较大者优先运行作为COP_(s)切换模式。通过前期实验结果验证了模拟结果的正确性,并与常规的集热水箱温度切换模式进行了对比实验,验证了COP_(s)切换模式的有效性。结果表明,该实验系统以COP_(s)最佳切换模式运行时发电量和发电效率较集热水箱温度切换模式分别提高了5.35%和1.73%,耗电量降低了17.03%,COP_(s)提高了4.91%。

光伏光热联合双源热泵系统运行模式研究(2):供暖季系统仿真研究

使用TRNSYS软件建立了光伏光热-双源热泵(PV/T-DSHP)系统的仿真模型。选取夏热冬冷地区某一近零能耗居住建筑作为研究对象,模拟研究了供暖季PV/T-DSHP系统在COP_(s)切换模式下的运行特性和能耗。结果表明:平均光电效率为15.08%,平均光热效率为33.05%;水源热泵运行模式下供暖季平均COP为4.55,空气源热泵运行模式下供暖季平均COP为3.19,PV/T-DSHP系统的平均COP_(s)为2.98;供暖季系统自满足率为61%。

光伏光热一体化建筑热负荷能效分层调度仿真

光伏光热一体化系统中涉及多种能源,包括太阳能和热能等。由于不同能源的产生、存储和使用特性不同,加之系统内部的复杂性,使得实现多能源协同调度变得复杂。为了获取满意的建筑热负荷能效分层协同调度结果,提出一种光伏光热一体化建筑热负荷能效分层协同调度方法。研究光伏光热一体化建筑中热负荷的热量传递过程,对热负荷自身和热惯性展开分析,获取热负荷热惯性大小和室内热量需求两者的关系。以最大[火用]效率和最小调度成本为目标,分别建立光伏光热一体化建筑热负荷能效上层和下层协同调度模型。通过量子粒子群算法对模型展开分析计算,确定最优建筑热负荷能效分层协同调度方案。实验分析表明,所提方法的热负荷能效分层协同调度效果好,且节能效益高。

光伏光热-双源热泵系统地区适用性研究

利用TRNSYS软件建立了光伏光热-双源热泵(PV/T-DSHP)系统仿真模型,选取拉萨和上海对PV/T-DSHP系统的运行特性进行了模拟分析,对不同室外气象条件(环境温度、太阳辐照度)下单一光伏-空气源热泵(PV-ASHP)系统和光伏光热-水源热泵(PV/T-WSHP)系统的性能系数进行了对比分析。结果表明:PV/T-DSHP系统在拉萨和上海的供暖季平均系统性能系数(COP s)分别为4.23和3.34;在太阳能资源一般区和丰富区,PV/T-WSHP系统较PV-ASHP系统在根据环境温度和太阳辐照度划定的最佳COP*s运行区域内运行更具性能优势。

双流体型光伏光热屋顶组件的热、电性能实验研究

文中提出一种无盖板的双流体型光伏光热屋顶组件,通过将管板式水冷流道与折流板式空冷流道组合,降低组件水容量、提升空气出口温度,实现组件热水、热空气两种热能形式的供应。通过搭建具有稳定测试环境的性能测试试验台,研究组件工质进出口温差、光伏电池温度等随太阳辐照度、工质流量的变化情况,对组件全天热、电性能进行分析。结果表明,该组件光伏电池冷却效果明显,水冷、空冷模式下电效率最高可达16.8%、17.6%,拥有较高的全天综合性能,全天综合利用率最高为74%。

太阳能光伏光热PV/T组件在建筑设计中的应用

建筑领域“双碳”目标的提出,使得降低建筑能耗成为目前亟需解决的问题。可再生能源同建筑领域的有机结合被认为是解决建筑能耗的重要环节。通过对太阳能光伏光热技术的发展进行总结,研究太阳能光伏光热技术在建筑领域中的设计方法,提出了对未来光伏光热建筑一体化的设计思考,为以后太阳能光伏光热PV/T技术产业的发展提供参考。

高效率输出光伏光热系统的设计及仿真研究

在光伏光热一体化系统中安置增透膜,提高透光率,光伏电池无法吸收的短波长和长红外线光可有效透过被集热管有效转换为热能,光透过率达到98%,利用率提高17%,整体输出效率提升明显。光伏光热系统的整体效率受到温度的约束,为满足最佳温度下保持输出功率最大的要求,建立目标函数求取温度控制最佳区域,得出系统温度和输出功率的变化曲线。传热系数控制通过调节集热管传热工质的流速来实现快速降温,通过建立模型来测试系统温度降低值与液体传热工质系数的关系。模拟试验结果证明,所提方法对求取最大输出效率的系统最佳温度和解决因温度过高而导致的效率降低问题十分有效。

基于Trnsys的光伏光热-水源热泵系统供暖性能模拟研究

建立光伏光热-水源热泵(PV/T-WSHP)供能系统的Trnsys仿真模型,采用郑州地区的气象参数与负荷数据进行模拟,通过模拟不同供暖时期该系统模型的运行情况获取热电效率、性能参数等进行分析。结果显示:在供暖季不同时期该系统具有不同的性能表现,在供暖初期光伏光热模块具有更好的性能,在供暖末期热泵机组具有更好的性能,供暖末期系统综合制热系数(COP)最高可达7.34,实现低能耗供暖。

光伏光热与空气源热泵联合供暖系统设计与优化配置研究

针对国家碳减排战略布局及北方居民对清洁采暖的经济性需求,设计了一种光伏、光热、储热一体化供暖系统,并对系统关键组件及设备进行优化配置研究。首先,以光伏、集热器、空气源热泵为主要能量来源,形成多能互补的系统拓扑结构;其次,综合考虑当地收入水平,以系统生命周期碳排放及生命周期费用最小为优化目标,以光伏容量、集热器面积、水箱体积、热泵功率为优化变量,运用Hooke-Jeeves优化算法对系统进行优化;最后,以张家口某地300 m^(2)建筑为例进行系统优化设计。结果表明与电锅炉供暖系统、空气源热泵系统和未优化系统相比,经优化后系统的生命周期费用、碳排放均有显著改善。研究方案具有良好的经济及碳减排性能,可为北方地区清洁供暖提供相应参考。

太阳能光伏光热/催化净化复合技术的研究进展

太阳能光伏光热综合利用系统(PV/T)可产生电能和热能,综合效率大幅提升,但仍存在功能有限、全光谱利用率不高、对回收热能利用形式单一等问题。针对当前PV/T存在的问题,提出太阳能光伏光热/催化净化复合技术的新概念、新系统和新功能。该复合技术实现发电、采暖和净化等多样化功能,并开发了多种太阳能光伏光热/净化建筑一体化系统,不仅进一步提高了系统的综合利用效率、增强了功能性,且提升了室内热环境和空气品质。该文介绍了作者近年来的研究,包括光/热催化型Trombe墙系统、光/热催化型光伏光热复合墙系统、光/热催化型光伏通风窗系统和光伏光热/热除菌杀毒系统,拓展了太阳能光伏光热建筑一体化系统的研究和应用,为实现太阳能在建筑上的高效多功能利用以及营造健康舒适的室内环境提供新方法。

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。

基于经济模型预测控制的光伏光热一体化热泵系统动态能效优化

光伏光热一体化热泵(photovoltaic/thermal integrated heat pump,PV/T-HP)技术是实现低碳建筑高效供热的重要途径之一。然而,PV/T-HP系统的能源输入及负荷需求通常处于动态变化中,导致系统偏离稳态设计工况,运行能效下降。为解决这一问题,该文采用经济模型预测控制(economic model predictive control,EMPC)算法实现PV/T-HP系统在动态运行环境中的能效优化。首先,建立PV/T-HP建筑热水供应系统的动态仿真非线性机理模型,并采用子空间辨识方法获得简化的局部线性化状态空间模型。然后,基于系统的状态空间模型设计EMPC控制架构,以动态平均能效比为目标函数,以供热品质及设备运行要求为约束条件,逐时求解最优输入变量,实现滚动优化。最后,设计仿真验证实验,分析系统热电能量输运特性,并与传统模型预测控制方法(model predictive control,MPC)进行对比。结果表明,所提出的EMPC算法可以根据源荷变化,实现PV/T-HP多变量控制系统的高效协调动作,在满足热水负荷及温度要求的条件下,显著提升系统的动态运行综合能效。

基于随机森林算法的光伏光热互补发电机组深度调峰负荷分配模型

为了最大程度利用太阳能,降低负荷分配后的峰谷差,提出了基于随机森林算法的光伏光热互补发电机组深度调峰负荷分配模型。分析光伏光热互补发电运行原理,采用灰色关联分析法选取与光伏光热互补发电机组负荷预测日较为接近的相似日,将其输入至搭建的随机森林回归模型中进行训练,预测光伏光热互补发电机组负荷,依据获取的负荷预测结果,将削弱等效负荷峰谷差视为深度调峰目标,搭建光伏光热互补发电机组深度调峰负荷分配模型,采用粒子群算法求解模型,获得最佳深度调峰负荷分配结果。实验结果表明:当随机森林回归模型决策树选取300颗时,能够有效控制负荷预测泛化误差;光伏光热互补发电机组负荷预测的平均相对误差平均值不超过0.3%,具有极佳的负荷预测效果;应用提出的模型能够有效缩减等效负荷峰谷差,具备较好深度调峰负荷分配效果。

基于K-means聚类算法的风电光伏光热互补发电机组调度方法

针对光伏光热互补发电机组内部出力不均衡导致的运行不稳、效率低下问题,提出一种基于K-means聚类算法的风电光伏光热互补发电机组调度方法。考虑到光伏光热发电机组具有间歇性、波动性和随机性等特点,采用K-means聚类算法预先对需要调度的数据归类分析,建立光能和风能可能出现的四种组合情况的目标函数,求解函数值,将该值作为下一步调度约束的初始条件值。调度方法结合了功率平衡、蓄能平衡、光伏光热上爬坡及下爬坡事件,计算实时出力值及最佳调度出力值,求解二者差值实现高效调度。试验结果证明,所提方法有效完成了发电机组的电力负荷及功率调度,运行波动和低效问题均得到明显改善,对电站的稳定运行起到了重要作用。

基于CNT/Ag纳米流体的分光谱太阳能光伏光热系统实验研究

传统太阳能光伏光热(PV/T)系统的光电转换和光热转换过程耦合在一起,对太阳能全光谱能量的利用率较低,为使得光电、光热过程解耦,该文探究Ag、CNT、CNT/Ag纳米流体作为分光谱PV/T系统媒介时的光谱及能量性能。首先对不同浓度纳米流体的光谱性能进行测试,然后通过实验研究不同浓度的CNT/Ag纳米流体对系统电效率和热效率的影响。结果发现相比于Ag纳米流体,浓度为1×10^(6)、3×10^(6)、5×10^(6)、1×10^(7)μg/m^(3)的CNT/Ag纳米流体在太阳电池光谱响应区的透过率分别上升了8.6%、9.3%、8.5%、9.2%,响应区外波段的吸收率增加了30.4%、44.5%、58.4%、56.7%。系统电效率最高为8.2%、热效率最高为45%,当CNT/Ag纳米流体浓度为5×10^(6)μg/m^(3)时,分光谱容器效率最高为18.3%时热效率达到了43%,电效率为7%。

太阳能光伏光热集热器应用效益分析

为了探索太阳能光伏光热集热器的应用效益,本文简要介绍了光伏光热集热器的发展与应用情况,通过光伏光热集热器+地源热泵系统与分布式光伏+空气源热泵系统作对比,介绍了光伏光热集热器系统应用方案,分析了系统应用方案的投资成本、经济效益与社会效益,结果证明光伏光热集热器系统应用的初始投资额大,但经济效益显著,具有较好的投资回收期,同时证明光伏光热集热器系统应用的社会效益突出,节能减排量非常可观,值得行业加大研究和推广力度。

运行在高温条件下的光伏光热一体化(PVT)组件研究

研究光伏光热一体化(PVT)组件,采用优选多晶黑硅光伏电池片与喷涂太阳能选择性吸收涂层的铝基导热传热层高温层压成型,同时使用石墨烯导热填充材料等工艺,使组件的工作温度保持在50℃以上,最高可以达到60℃。黑硅电池可以全光谱工作,并且具有较低的温度衰减效果,因此可以在高温下长时间工作,从而提高PVT系统的电热转化率,生产的热水不需要二次加热,可以直接满足生活和空间供暖的需要,具有良好的市场发展前景。

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。

太阳能光伏光热建筑一体化系统的研究

太阳能光伏光热一体化不仅能够有效降低光伏组件的温度,提高光伏发电效率,而且能够产生热能,从而大大提高了太阳能的转换效率。对光伏光热建筑一体化(BIPV/T)系统的两种主要模式:水冷却型和空气冷却型系统的工作原理和系统模型进行了理论介绍,详细说明了两种系统中热产品在家庭中的应用。并对目前研究情况下两个系统中存在的问题提出了改进方案。与常规建筑相比,光伏光热建筑减少了墙体得热,改善了室内空调负荷状况,提高了建筑节能效果。

微热管阵列光伏光热组件瞬时效率实验研究

将新型平板热管——微热管阵列应用于太阳电池的散热，制成光伏光热一体化组件，在降低电池温度提高发电效率的同时对余热进行收集利用，达到热电联供的目的。为了测试微热管阵列光伏光热组件的性能，对该组件进行瞬时效率实验，测得瞬时热效率曲线的截距η。可达到41．4％，斜率FRUL为3．95，20℃入口温度时的太阳能利用总效率可达到50％以上，综合性能效率达70％以上；瞬时热效率随室外环境温度的升高而增加，随冷却介质人口温度的增加而减小，环境温度为6℃和19℃时的瞬时热效率相差10％以上，人口温度是20℃的瞬时热效率比40℃时高8．5％。背板温度是影响电效率的关键因素，在测试期间，光伏光热组件电效率保持在10．5％～12-3％之间。