太阳能光电光热住宅建筑一体化(BIPVT)方案设计与研究

现阶段,我国正处于经济转型发展的关键阶段,各项发展均需要消耗大量能源和资源。从整体角度来说,我国能源分布以中西部为主,在长距离运输上,会导致能源消耗数量大幅提升,最终集中式供能模式带来巨大影响。分布式用户建筑光伏系统应用能够将上述问题合理解决。为此,相关人员应做好太阳能光电光热应用研究工作。文章对光电光热建筑一体化组合模式进行总结,论述了太阳能光电光热住宅建筑一体化(BIPVT)方案设计内容。

对光伏热水墙体光电光热性能的数值模拟研究

采用数值模拟的方法动态地分析了光伏热水墙体的光电光热特性,并就系统中电池覆盖率、工作流体质量流率对系统热效率和电力输出的影响进行了研究,得到了系统优化设计的性能参数。

光电光热建筑一体化(BIPVT)概论

光电光热建筑BIPVT是BIPV概念的延伸和拓展,是新一代太阳能光电建筑。本文简要介绍了光电光热建筑一体化(BIPVT)的概念、分类及结构,探讨了BIPVT效率及回收年限,论述了BIPVT的优越性和必要性。

光电光热建筑一体化(BIPVT)刍议

光电光热建筑一体化(BIPVT)系统有通风、通水、冷却型三类,它将太阳能的光热通过建筑集成起来,经济实用,发展前景广阔。当前,宜尽快建立BIPVT的评价标准,为合理设计和推广这一系统提供依据。

太阳能光电光热综合利用模块数值模拟

设计并研究一种光电光热(PV/T)集热模块,可实现集热水、集热空气、输出电能的多重功能。利用CFD对模型进行数值模拟,分析空气流道尺寸、空气流量大小及入口水流速对集热性能的影响,计算PV面板的理论发电量及效率。结果显示:光电—空气集热模式下,0.025 m空气流道高度所对应的集热效率最佳,出口空气温度最大可提高近50℃,平均节能效率达到62.08%;光电—水集热模式下,随着入口水流速度的加快,出口水温逐渐降低,但系统集热效率呈现增加趋势,进口水流速度为0.10m/s时热性能值最佳,经过循环可将水箱中水温提高近15℃,节能效率为33.52%。设计的PV面板年发电量202.9 kw·h,相当于节约标准煤62.9 kg,光电转换效率达到14.79%。

太阳能光电光热一体化系统试验实训装置设计与实践

结合"太阳能利用技术"课程教学内容,设计了基于模块式光电光热系统的太阳能光电光热一体化(PVT)相关实训,并进行了拓展试验。采用本套系统,可尽可能地为教师授课、学生学习和教师科研提供更多种类的PV组件、光热组件及聚光组件,以及不同组件相互组合所形成的不同形式的PVT系统;可尽可能实现各模块间的快速组合、形成不同形式的PVT系统、以便进行不同的系统性能测试或多系统对比试验,降低试验成本。通过实训试验,本套系统激发了学生课程学习的兴趣,增强了学生对PVT系统的感性认识,对提高太阳能能源利用率的方法进行理解,取得了较好的实训教学效果并获得了相关试验数据。

探究2种光电光热一体化(PV/T)系统在中国不同建筑气候带下的热电性能

为考察太阳能光伏/热(PV/T)集热技术在中国各建筑气候带下的性能,利用TRNSYS软件,建立基于家用太阳能热水系统的太阳能光电光热一体化系统,分别模拟以单晶硅(Mono-cSi)和碲化镉(CdTe)薄膜为光电采集模块的PV/T集热器在中国各建筑气候带下的性能。结果表明,在中国7种建筑气候区,单晶硅型PV/T具有更高的光电转换效率,然而,CdTe薄膜型PV/T集热器的光电转换效率较为稳定;并且,同一气候区域下,CdTe薄膜型的光热转换效率较单晶硅型高约10%。综合评估后发现,CdTe薄膜型PV/T系统气候适应性更强,具有更大的实际应用潜力。

多功能太阳能PV/T集热器的光电/光热性能研究

提出一种多功能太阳能PV/T集热器(tri-functional PV/T solar collector),将加热空气和加热水2种功能结合,从而实现PV/T集热器全年的高效利用,满足不同的能量需求。该文搭建2套实验平台对于2种工作模式的光电光热性能进行对比实验研究,并对不同空气流量和进口温度下的PV/T集热器光电光热性能进行分析。结果表明,此多功能PV/T集热器在2种工作模式下均可实现太阳能高效利用。

槽式聚焦光电/光热综合利用系统的性能研究

提出了一种典型的线聚焦太阳能光电/光热综合利用系统——槽式聚焦光电/光热综合利用系统,并建立了相应的系统模型。采用数值模拟的方法,分别在合肥地区春、夏季节的气候条件下,对不同的跟踪方式(东西向转动跟踪、南北向转动跟踪)、聚光比、冷却水流量以及辐照强度等相关参数对系统性能的影响进行了研究。

一种光伏光热(PV/T)一体化系统热电性能研究

通过搭建一种水循环式单晶硅光伏组件的PV/T系统(photovoltaic/thermal system),测试不同太阳辐照度、环境温度条件下,PV/T系统的热效率、电效率。通过对比分析,表明PV/T系统与常规组件相比,有效降低了光伏组件背板温度,提高了光伏组件的发电效率,平均效率提升约5%。同时PV/T系统的光电光热综合效率达60%。

光热光电喷射-直接蒸发复合制冷系统性能

提出一种以R134a为制冷剂的光热光电喷射-直接蒸发复合制冷系统,以新疆喀什地区的气象参数为输入,结合Trnsys软件进行建筑模拟和系统仿真计算,分析夏季连续典型气象日内系统的运行情况及其性能.结果表明:直接蒸发冷却系统系数COP_m值最大可以达到15.05;COP_m平均值达到12.33;太阳能喷射制冷系统机械COP_m最大为4.97;复合系统的综合机械性能系数COP_m达到8.52;整个夏季完全用机械压缩制冷系统耗电量为162.6kW·h;完全用光热光电喷射-蒸发复合制冷系统耗电量为65.4kW·h.

光电-光热联合木材太阳能预干燥设备性能探析

设计了一种集太阳能光伏发电装置、温室型太阳能干燥室及控制系统为一体的光电-光热联合木材太阳能干燥设备,探讨了该设备的光电、光热性质及3种试材在设备中的自然对流和强制对流干燥特性。研究结果表明：该设备2015年8月的总发电量可达221.37 k W·h,满足负载的能耗需求,并节余电量39.9 k W·h;在晴天和晴转多云两种天气条件下,干燥室内空载平均温度分别为51.2和48.6℃,负载平均温度分别为46.7和42.7℃,日累计辐射量分别为20.7和14.3 MJ/m2,日光伏发电量分别为9.44和5.99 k W·h;采用自然对流和强制对流两种通风方式,后者温度分布更均匀,但干燥室内整体温度出现一定幅度下降;相比于自然干燥,自然对流和强制对流两种方式可分别提高干燥速率41.4%~116.3%,且两种方式对改善木材含水率分布的均匀性、降低木材干燥应力的效果显著。

严寒地区太阳能光热-光电集成系统设计研究

根据寒地农宅建筑特点和气候特征,设计一种太阳能集热、蓄能及光电集成系统,解决寒地农宅建筑供暖、住宅内用电和供暖系统用电,减少常规能源在农宅采暖中使用的比例;并通过试验研究、主观问卷及统计分析方法评价该系统的稳定性、所营造供暖环境舒适性及节能情况,结果表明:该系统具有很好的稳定性,所营造供暖环境较舒适,系统应用节能环保。

内聚光型太阳能光电-光热复合管的光学设计

根据非跟踪内聚光型太阳能光电-光热复合管的结构形式及其受光体的特殊需求,采用Winston的CPC设计原理,对圆管内具有特殊形状的半圆柱接收器的复合抛物面聚光器进行光学设计,得到了较为理想的聚光器设计曲线,并对结果进行数值仿真,给出各入射角的光线分布图和光强分布图。

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。

太阳能光热-光电空气隙膜蒸馏系统实验研究

针对传统苦咸水淡化中的高能耗问题,设计太阳能光热-光电空气隙膜蒸馏耦合系统。实验研究系统运行稳定性,系统连续9、24 h运行工况下热电参数对膜通量的影响;系统获得温度和膜通量随太阳辐照度的变化,理论计算集热面积与膜面积最优匹配。研究表明：系统白天连续9 h运行最大膜通量为5.84 kg/（m2·h）,总产水量为1.80 kg,实际日产水量达43.47 kg/（m2·h）,单位产水热耗为495.3 kWh/m3;连续24 h运行最大膜通量13.07 kg/（m2·h）,总产水量为2.99 kg,实际日产水量为71.95 kg/（m2·d）,单位淡水热耗为1095.1 kWh/m^3;系统在2种工况下均稳定运行,因此,按照系统连续9 h的产水量,需5.67 m2的太阳集热器配备0.1248 m2的平板膜和实际产水7.42 L/d满足3口之家6 L的日常饮用水需求。

太阳能光热-光电中空纤维真空膜蒸馏系统理论与实验研究

自主设计并搭建了太阳能光热-光电中空纤维膜蒸馏系统,太阳能光热采用面积1.82 m2真空管集热系统,光伏发电采用面积1.63 m2多晶硅电池板。实验方面,研究了不同工况下,热料液在不同流动方式时膜通量的差异;研究了在不同跟踪方式下太阳辐照度对系统性能的影响。结果表明:料液在管程流动的膜通量大于壳程的膜通量,且进口料液温度取50~70℃之间为宜;自动跟踪下膜组件入口温度比非跟踪高2~3℃,可以延长膜蒸馏系统运行时间1~2 h,且在相同的自然环境下,自动跟踪方式最大膜通量8.89 kg/(m2·h)远高于非跟踪方式时4.26 kg/(m2·h)。理论方面,分析了以水为工质的中空纤维膜蒸馏的传热和传质过程,建立了传热传质理论计算数学模型;分析了辐照强度、膜表面温差、膜丝内表面传热系数、传热与传质通量的定量关系,计算了膜面温度与理论膜通量,对比了实验值与理论值。系统运行稳定,能量综合利用效率高,性能可靠,为工程应用奠定了理论和实验基础。

基于响应面法光热-光电膜蒸馏系统优化研究

设计并搭建了太阳能光热-光电方腔型膜蒸馏系统,为研究该系统机理与优化问题,首先以料液进口温度、流量、太阳辐照度为影响因子,膜通量、能耗为响应值,采用响应面法分析各影响因子与响应值间的关系;其次结合中心复合设计法设计实验工况,建立响应值与影响因子的二次多项式回归模型,通过方差分析、实验验证对所建立的模型进行可靠性分析;最后对响应值进行响应面分析与系统优化,获得了系统最佳运行工况和最优膜通量、能耗值,并进行了实验验证。结果表明,系统最佳工况为:料液进口温度为63℃,料液进口流量为232 L/h,太阳辐照度为700 W/m^(2),在此工况下实际膜通量达到7.28 L/(m^(2)·h),高于预测值6.39 L/(m^(2)·h),两者误差为12.23%,对应的能耗值为10.40 L/(kW·h)。

复合抛物面聚光光热光电耦合供能装置性能研究

鉴于非跟踪复合抛物面聚光器光线接收率受入射偏角影响较大,设计一种复合抛物面聚光光热光电耦合供能装置,通过在复合抛物面聚光器入光口增设板背相对的双面光伏组件,将逸出光线再次接收以实现电能输出,利用光学仿真软件对该装置光学性能进行理论分析,对比研究光线入射偏角对装置光线接收率的影响机理,基于光学计算结果,搭建复合抛物面聚光光热光电耦合供能装置性能测试实验台,在晴好天气下,探究接收体形状对装置空气介质温升、光热转化效率、腔内温度等的影响,分析光伏组件随运行工况的变化规律。结果表明,相比于传统复合抛物面聚光器,入射偏角α对该装置光线接收率影响较小,α=12°时装置光线接收率为97.5%,比同尺寸参数复合抛物面聚光器光线接收率增加了47.73%,空气流速为2.87 m/s时,内嵌米字型接收体装置的最大进出口温差为14.6℃,比内嵌网状接收体时高4℃,光线正入射时,两者的平均光热转化效率分别为77.27%与61.28%;2号光伏组件的最大发电功率为0.77 W,比1号光伏组件增加45.28%,该技术对于提高非跟踪复合抛物面聚光装置综合性能具有参考价值。

太阳能光热-光电真空膜蒸馏系统实验研究

传统的膜蒸馏装置直接采用电加热提供热量,能耗较高。该文研究并设计并搭建一套利用太阳能光热-光电技术供能的真空膜蒸馏系统。研究不同天气和太阳辐照度下系统的供热稳定性、膜通量、累积产水量变化情况;考察不同操作条件,如进料温度、盐浓度、流速、膜冷侧真空度对膜蒸馏系统产水性能的影响。研究结果表明,系统在晴天和多云天气的供热稳定性均较好,晴天可连续9.5 h保证膜蒸馏的进料液温度大于60℃。当太阳能聚光光伏光热装置面积为3 m^(2),真空管集热器面积为2.4 m^(2),膜面积为0.1146 m^(2)时,系统全天峰值膜通量可达10.1 kg/(m^(2)·h),累计产水量可达10.3 kg。膜冷侧真空度和进料温度对膜蒸馏系统产水性能影响较大,进料流速和盐浓度的影响相对较小。