新型光伏光热综合利用系统构建及其电热性能研究

随着当今社会环保意识的增强和绿色能源政策体系的逐步完善,光伏发电作为新兴的清洁能源形式,应用与推广取得了显著进展。然而,光伏发电过程中的热性能管理问题,作为影响系统效率与稳定性的关键因素,尚未得到充分的关注与解决。文章对新型光伏光热综合利用系统的构建进行了深入分析,并对热电性能进行了研究。太阳能光伏/光热(PV/T)集成技术,实现了电力与热能的同步产出,增强了系统效率与空间利用率。基于对现有光伏光热技术类型及其理论基础的全面回顾,文章特别关注了平板型PV/T系统在减少热损失与缓解光伏板超温方面的设计优化,并总结了集成相变储热材料的PV/T系统研究现状,还深入研究了新型光伏光热综合利用系统的发展趋势,着重强调其在电热性能提升方面的潜力,为PV/T系统的持续创新与应用提供坚实的理论基础与前瞻性的发展方向。

一种空气流质型光伏光热综合利用系统的实验研究

在稳定的光照条件下,对自行设计的空气流质型光伏光热(PV/T)综合利用系统分别进行了在3种工况下的连续8 h的温度与效率的跟踪测试。在确定了风泵与水泵的最佳工作档位,排除其自身生热的影响后,得到该空气流质型PV/T系统的热效率与总效率随保温桶水温的变化曲线。随着保温桶内水温的提高,热效率不是单调变化,而是先降后升再降,初期变化较快;当保温桶内水温上升8.1℃,热效率达到极大值(16.9%);然后,随着时间的增加,保温桶水温上升得越来越慢,热效率也越来越低,而电效率基本不变,总效率与热效率变化趋势基本一致。该系统最佳工作点的总效率为18.81%。

一种水流质型光伏光热综合利用系统的设计

为进一步提高光伏组件与水的换热效率,设计了一套扁集热管结构的水流质型光伏光热(PVT)综合利用系统,并分别在3种工况下进行了连续8 h的温度与效率的跟踪测试,得出组件的温度特性与功率特性的变化情况、毛的光热转换效率、水泵产生的附加热效应。在排除水泵工作产生的附加热效应后,得到该系统的净光热转换效率与净总效率随保温桶水温的变化曲线。净光热转换效率与净总效率都随着保温桶水温的变化(或工作时间的延长)先升后降,存在一个极大值点,分别为70.31%与73.23%。8 h总的净光热转换效率为55.9%,总光电转换效率为2.74%,总能量利用率为58.64%。与相关文献比较,光热转换效率很高,光电转换效率很低,对此现象进行了分析,并对应用市场进行评价。

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.

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%。

基于模型-数据联合的光伏-光热系统储能量预测

提出一种模型-数据联合预测方法,通过机理分析建立对象动态模型,并引入未来太阳辐射强度、用户负荷预测数据进行即时模型预测,通过注意力机制改进的卷积-长短时记忆混合神经网络建立数据预测模型,并引入历史数据进行滚动数据预测,然后利用卡尔曼滤波器对2种预测模型的输出结果进行融合,实现储能量的联合预测。结果表明:联合预测兼具2种方法的优势,能很好地解决储能量预测误差随时间累积的问题,并能够及时表征气象因素突变和系统运行方式改变时储能量的变化情况,在各种天气状况下均具有良好的预测精度。

商场冷凝水耦合光伏/光热系统在不同气候区的适宜性研究

光伏光热技术是太阳能的主要利用方式之一,太阳能光伏光热一体化(solar photovoltaic-thermal,PV/T)系统可实现系统产电和热量的双重效益。基于不同气候区的气候特征,以商场冷凝水耦合光伏/光热系统为研究对象。在确定制冷季冷凝水量的基础上,计算分析系统一次能源节约率及环境效益,研究该系统在不同气候区的适宜性。结果表明:在寒冷地区、夏热冬冷地区和夏热冬暖地区,PV/T系统比光伏(photovoltaic,PV)系统更加高效节能。在整个制冷季中,PV/T系统的发电量均高于PV系统,海口的发电效率提升了0.53%,拉萨的发电效率提升了0.11%;PV/T系统在海口地区一次能源节约率最高,达到59.62%;青岛CO_(2)减排量最高,总减排量达到5.5 t。

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。

一种考虑光伏发电系统的广义综合模型

分布式光伏发电系统(photovoltaic generation systems,PVGS)深刻影响了配网侧综合负荷特性,研究考虑分布式光伏发电系统的配网侧广义综合负荷模型是解决分布式光伏发电系统参与电网仿真的有效途径。简述了光伏电池模型及PVGS的并网控制策略,基于MATLAB/Simulink搭建了PVGS仿真平台;通过仿真并分析PVGS动态特性,提出一种适合广义负荷建模的PVGS外特性等效模型——恒功率并联过阻尼状态的电阻、电感及电容(resistance-inductance-capacitance,RLC)串联电路,进行并通过了有效性检验;将PVGS等效模型并联经典综合负荷模型(classic load model,CLM),构建了考虑分布式PVGS的配网侧广义综合负荷模型。通过对比分析此广义综合负荷模型与已有广义综合负荷模型的描述性能,仿真表明本文模型的精确性更好,尤其是多场景下的描述能力;讨论了模型参数的稳定性,结果表明稳定性良好。

计及碳交易的某天然气处理厂含光伏光热的综合能源系统优化运行

随着“双碳”目标的提出,以光伏光热等为主的综合能源系统快速发展,为提高用能单位的经济效益和系统低碳性,考虑碳排放约束条件下多种能源发电的厂区供用能系统优化运行问题亟待研究。首先,在经济调度模型中,引入碳交易机制,构建阶梯型碳交易成本模型,对厂区的碳排放进行约束。然后,建立以系统运行成本和碳交易成本之和最小为目标的规划模型,利用马尔科夫决策过程对基于成本最小的经济调度进行建模,并采用近端策略优化算法进行求解,利用经济节约指数和二氧化碳减排指数,对拟题方案进行经济性和碳减排分析。结果表明:①训练后的模型在无需重新计算的情况下能够处理四个随机变量变动所代表的各种运营场景;②光伏光热子系统与热电联产系统具有削峰填谷效应,能提高系统稳定运行能力;③所设计计及碳交易下联产系统有利于优化厂区能源结构,促进清洁能源消纳。

源荷置信度水平下光伏光热耦合热电联产系统的调度优化

为提升近用户侧太阳能安装容量,促进太阳能光伏与光热的消纳,提出一种光伏光热耦合的热电联产系统,构建基于能源销售商—用户—系统的主从博弈理论,优化不同置信度水平下用户侧和系统侧的热电平衡关系。案例分析结果显示,使用主从博弈策略达到博弈均衡后,在置信度为0.9的工况下,需求响应后用户侧在高电价时段的用电需求平均减少763 kWh,而在低电价时段用电需求平均增加564 kWh。其中,燃气轮机在09:00时输出最大电能为2.2 MWh,光伏组件在14:00时输出最大电能为2.4 MWh,用户侧的用热需求实现31.6%的削减。通过引导系统侧的设备出力及用户侧的用能需求,系统侧产能更合理,用户侧用能更经济,各参与方均能实现自身利润的最大化。

光伏储能系统中光伏利用率的评估方法

针对现有技术中光伏储能系统评估标准不完善的实际情况,本文提供了一种光伏储能系统中光伏利用率的评估方法,以完善光伏储能系统的评估标准。通过多通道数据采集装置采集储能变流器的输入输出参数,经过换算处理,得出光伏系统光伏利用率,并根据文中的光伏利用率指标得分计算标准,得出光伏储能系统的评估得分。文中通过某光伏储能系统的计算实例对评估方法进行阐述。

高光伏渗透下考虑源荷不确定性的含分布式储能的综合能源系统规划

随着光伏接入配电网的渗透率越来越高,传统的综合能源系统规划方法由于忽略对光伏和负荷不确定性考虑以及本身方法的问题,难以充分发挥综合能源系统优势应对高光伏渗透率配电网。为此,在高光伏渗透配电网的基础上,考虑光伏和负荷不确定因素的影响,从配电网和用户两个层面,构建了一种考虑光伏和负荷不确定性的综合能源系统两阶段规划模型。第一阶段模型是以综合能源系统并网的最小数量为目标函数确定综合能源系统最佳并网位置和数量;第二阶段模型是在第一阶段的基础上以综合能源系统自适应鲁棒经济调度成本为目标函数确定综合能源系统并网的最佳容量;运用灰狼优化算法完成两阶段规划模型求解,确定综合能源系统最佳的并网位置和并网容量。通过算例仿真验证所提综合能源系统规划模型的有效性。

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。

光伏/光热(PVT)热泵系统性能分析与优化研究

在光伏光热热泵系统性能分析与优化研究中,系统性能的优化设计与非线性热动力学应用显得尤为重要。通过热力学原理的应用,系统加热过程中的性能变化深度分析展现出明显的规律。研究发现,光伏光热热泵系统中,频率60Hz或35Hz下,制热能效比随加热时间分别下降了3.67、3.92;热效率随加热时间分别下降了5.13、2.7。然而,当远离系统核心部位时,其制热能效比变化则显著减小。本研究为光伏光热热泵系统性能的优化设计和操作提供了重要的参考价值,为系统性能的有效控制与管理奠定了基础。

基于太阳能光热发电技术的光伏系统设计研究

太阳能光热发电技术与光伏发电技术、热储能构件等的相互衔接能够满足系统全天候、多环境的持续性发电需求,实现长时间的高品质电能输出,是当今社会最炙手可热的清洁能源开发与利用技术之一。文章从太阳能光热发电技术的应用方向出发,对塔式光热发电、槽式发电等系统进行了科学阐述,提出一种基于太阳能光热发电技术的光伏系统设计思路,并对该系统的运行效益进行了相应的实验分析,以期为光热发电技术领域的发展夯实理论基础。

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。

太阳能光伏光热高效综合利用技术

太阳能的高效综合利用对于能源可持续发展和碳达峰、碳中和战略目标的实现具有重要意义。首先,针对光伏和光热2种最主要的太阳能利用方式,系统介绍光伏发电技术的主要类型、研究现状和发展趋势,以及光热利用中热发电、建筑采暖与制冷、海水淡化和工业供热的现状和发展趋势;然后,探讨了光伏光热一体化技术的基本原理、主要类型和研究进展,特别讨论了与相变传热方式相结合的集成技术;最后,对灵活多变的多种“光伏+”太阳能利用技术进行了简单介绍。光伏、光热、光伏光热一体化和“光伏+”技术仍处于高速发展时期,存在大量的技术增长点和巨大的应用潜力,对解决能源和环境危机,保持人类社会的可持续发展意义重大。