基于聚光光伏光热的太阳能供暖系统性能优化

以北京市某办公建筑为供暖对象,提出由聚光光伏光热单元、光伏单元以及空气源热泵(CPVT-PV-ASHP)耦合的清洁供暖系统。基于Trnsys和Grasshopper平台搭建系统的动态仿真模型和优化模型,以CPVT光伏电池板面积为决策变量,采用超体积计算法(HypE)求解,探究系统在节能性、经济性和改善热泵性能方面的平衡。结果显示,在空冷型CPVT和水冷型CPVT中光伏电池板面积分别为10.9 m^(2)和2.3 m^(2)时取得最优解。此时系统的一次能源消耗量为-1 016.1千克标准煤,热泵平均能效比(COP)为3.72,投资回报周期为2.95年。与其他系统相比,CPVT-PV-ASHP系统在节约能耗、改善热泵性能等方面优势显著。

基于聚光光伏电池系统热管式换热器的数值研究

针对在高倍聚光下光伏电池效率受表面温度的影响,文章对聚光光伏电池系统中耦合翅片热管散热器进行了数值模拟研究。在水冷、风冷情况下,研究了热管散热器的翅片数量、分布、流体流量对电池效率、温度表面均匀性的影响,并将研究结果与普通散热器进行比较。结果表明:水冷型热管散热器的电池表面温差较低,均匀性和电池效率较高;在流量为0.64 m/s,翅片间距为1.5 mm,翅片厚度为0.4 mm的工况下,电池的综合性能最优,表面温度为314 K,温差小于1 K,均匀性良好,电效率为31.25%,热效率为66.03%。

聚光光伏发电技术研究

在工业化进程持续推进背景下,各行业对能源的需求量显著提升,现有能源储备量大幅减少,难以满足社会发展需求,为此开发并运用可再生能源和绿色能源成为重点。借助现代化技术和设备的聚光光伏发电技术逐渐进入大众的视野。文章以提高电能转换率为研究目标,阐述了聚光光伏发电技术的优点、系统组成,介绍了太阳跟踪方法以及聚光器的选择,分析了聚光光伏发电技术的国内外运用,并通过融入GPS达成远程控制,以期对相关工作有所帮助,满足现代社会的用电需求。

立体环境风下菲涅尔聚光光伏系统电输出特性

研究聚光条件下实际环境风对系统性能的影响对聚光光伏系统的设计和运行具有重要的意义。针对线性菲涅尔聚光光伏系统,采用光–热–电耦合模拟方法,分析立体环境风的风速和风向角(包括入射角和偏向角)对系统电输出特性的影响。结果表明:随风速增加,平均电效率η_(el)上升,且不同光伏电池板倾角α下η_(el)差异性减小;风向角θ从15°增加到75°,环境风入射角减小,偏向角增大,两者共同作用导致在倾角α≤60°时,η_(el)先单调递增后单调递减,在θ=45°时达到最大,且风速较低时,η_(el)(θ=15°)>η_(el)(θ=75°),风速较高时则相反;在倾角75°时η_(el)表现为先升高后降低再升高的趋势,且风速大小不影响η_(el)的变化规律;随着倾角的增大,各倾角下最大平均电效率对应的偏向角和入射角也逐渐增大。研究结果从理论上揭示了立体环境风对菲涅尔聚光光伏系统电输出特性的影响机制和规律。

基于均热板冷却的聚光光伏和温差电热联产系统的动态性能分析

针对聚光下电池温度急剧上升造成电池转换效率下降的问题,在高热流密度电子器件冷却研究的基础上,优化设计了两种基于均热板冷却的聚光光伏/光热-热电发电机(concentrated photovoltaic/photothermal-thermoelectric generators, CPV/T-TEG)系统和聚光光伏/光热-太阳能热电发电机(concentrated photovoltaic/photothermal-solar thermoelectric generators, CPV/T-STEG)系统.根据能量守恒原理,建立了2种系统的动态模型.利用MATLAB软件,研究了不同热电发电机(thermoelectric generators, TEG)组件对系统动态性能的影响规律.结果表明:CPV/T-STEG系统全天的平均热功率达到了258 W,明显高于CPV/T-TEG和基于均热板冷却的CPV系统;CPV/T-STEG系统中CPV电池组件可维持在较低的温度下工作,且系统能输出更多的热水;1 d中,CPV/T-STEG和CPV/T-TEG系统中,CPV电池的电效率最小值分别为13.73%和13.00%,TEG组件的电效率最大值分别为0.31%和1.63%;CPV/T-STEG系统1 d能产生130 kg温度为321.05 K的热水,而CPV/T-TEG系统仅能产生110 kg温度为320.00 K的热水.

聚光光伏系统太阳能电池散热技术及发展现状

低碳政策下新能源的高效利用势在必行,有效利用太阳能聚光光伏技术的核心为太阳能电池,太阳能电池对温度的变化非常敏感,高温会大幅降低太阳能电池的性能及寿命,因此,太阳能电池的有效散热是限制该技术发展的瓶颈。本文首先介绍了聚光太阳能电池散热的必要性及散热难题,随后根据电池结构和热沉装置之间是否存在壁面,从间壁式冷却和直接接触式冷却两个角度回顾了近年来国内外在电池冷却技术方面的研究现状及最新进展。最后,通过各冷却技术的冷却效果和电池性能增益对比分析了各冷却方式的优缺点和未来的研究重点,为聚光光伏系统太阳能电池的有效散热提供了参考与借鉴。

基于热电模块的聚光光伏自冷却概念设计

聚光光伏电池的高效、稳定和安全运行依赖于有效冷却技术。常规的聚光光伏电池主动冷却技术需消耗部分光伏电池产生的电能,因而间接降低有效电力输出。据此,文章基于热电模块提出一种聚光光伏电池的自冷却概念设计,并通过热电模块的性能测试实验验证了设计可行性。测试表明,单个56 mm×56 mm热电模块在90℃热源加热条件下的最大开路电压为3.6 V,输出功率为0.97 W。此后,针对10 kW系统进行了参数设计,计算结果表明,整个装置的热电模块总开路电压可达212.6 V,供给冷却模块的输出功率可达706.5 W,满足聚光光伏电池散热的能耗需求。

基于聚光光伏余热的燃煤电厂碳捕获系统

为响应国家实现碳达峰、碳中和的目标,提出了一种基于聚光光伏余热的燃煤电厂碳捕获系统.该系统是将聚光光伏系统与600 MW燃煤电厂结合,利用光伏余热为碳捕获系统供能.通过模拟与计算可知,利用吸收剂MEA实现90%的CO_(2)捕获率,需在太阳辐照强度为1000 W/m^(2)的工况下,由0.926 km^(2)的聚光光伏电厂为其供能,全年捕集CO_(2)量为1.99䦆Wingdings 2MC@106t.由于光伏组件的废热被带走,光电效率提高4.7%.整个系统中品位较低的热量用于预热锅炉给水,全年可节省4.43䦆Wingdings 2MC@105t的标准煤.热力性分析表明:集成系统的光电效率46.51%,光热效率37.51%、系统热效率54.79%.经济性分析表明:发电成本、CO_(2)回避成本均低于原电厂与抽汽捕碳电厂.该系统为光伏-光热的多级利用以及燃煤电厂的升级改造开拓了新的思路.

基于透射式线性菲涅尔的聚光光伏系统聚光特性研究

为解决目前光伏发电技术因太阳能电池板生产成本高、发电功率低等因素而导致普及率低的问题,提出了1种基于透射式线性菲涅尔的聚光光伏系统。该系统采用聚光器单轴跟踪和太阳能电池板固定安装的方式,使用成本低、质量轻、聚光效果好的线性菲涅尔透镜作为该聚光系统的聚光器。利用基于蒙特卡罗光线追迹法的TracePro光学软件,分析了不同太阳赤纬角、太阳时角和几何聚光比条件下该系统的光学性能。结果表明:聚光光伏系统的光学效率相对于非聚光条件降低了15.11%,太阳能电池板的使用量相对减少了81.25%。通过在传统光伏发电系统基础上增加聚光系统的办法,可以增大光伏系统的采光面积,提高太阳辐射能量密度,从而降低昂贵太阳能电池材料的使用量,提高聚光光伏系统的经济性和可行性。但也损失了一部分光能量,降低了光伏系统的光学效率。

聚光光伏电池及系统的研究现状

首先总结了国内外在聚光光伏发电方面的权威研究机构及公司情况,介绍了目前聚光光伏发电技术及系统的最新研究进展情况及存在的技术难点;其次综述了近几年国内外在聚光太阳电池方面的最新研究进展,并介绍了聚光光伏中的冷却问题;最后对聚光光伏发电技术的发展前景进行了展望。

热管式聚光光伏冷却集热装置的应用研究

文章设计了一种热管式聚光光伏冷却集热装置,利用热管原理来改变翅片式风冷光伏散热器、管路式水冷光伏散热器的设计思路,通过将热管端蒸发段的介质输送到冷凝端进行换热的相变过程,使得光伏基板的热量迅速传递到冷凝端水箱中,达到降温和集热的双重效果。热管式聚光光伏冷却集热装置不仅能够对光伏组件进行快速冷却,使整个光伏组件换热面温度分布均匀,提高光伏系统的发电效率,还可将多余热量进行收集利用,提高发电收益,在聚光光伏发电领域中具有广阔的市场前景。

液浸聚光光伏中二甲基硅油的耐候性研究

通过高温、紫外以及高温紫外耦合加速实验考察了二甲基硅油的适用性。利用紫外可见光谱仪、红外光谱仪检测实验前后硅油性质的变化,并测试和分析硅光电池液浸前后的电性能和表面形貌。结果显示:实验后二甲基硅油的光谱透过率在低波段稍有降低,微观分子结构没有改变;光伏电池的电性能没有衰降,但是表面析出了微量颗粒状物质。最后对液体透光率的变化给出了理论分析。

高倍聚光光伏可拆卸型二次反射镜设计与研究

高倍聚光光伏技术是将垂直入射于菲涅耳透镜上的太阳光聚焦到电池片上,通过光电转换产生电能,但实际应用时,由于跟踪器跟踪精度低、支架受风会抖动等因素存在,无法保证太阳光始终垂直入射于菲涅耳透镜。针对该问题,在菲涅耳透镜和太阳能电池之间增加一个可拆卸的倒置的去掉顶部的棱锥形二次反射镜来提高聚光光伏的接收角,给出了具体的设计实例,并应用Solidworks软件和Tracepro软件对设计实例进行了计算机光学模拟。结果证实:该二次反射镜能很好地提高聚光光伏的接收角,并改善了菲涅耳透镜聚焦光斑的能量均匀性。

倾纬度聚光光伏系统双轴联动控制研究

对聚光光伏系统倾纬度双轴联动跟踪控制技术及系统最大光电转换功率的优化进行研究。针对系统本身结构特点并结合现有光伏发电技术自行设计的自动控制系统可实现周围大气环境参数测量,同时对太阳进行精确定位。基于光伏支架机械结构及闭环跟踪控制的稳定性和可靠性,最大限度地满足了聚光光伏系统对太阳光入射方向的高精度要求。通过实际数据测量与误差分析,得到聚光光伏系统在825 W/m2的实际光照条件下的最大输出功率和跟踪误差范围。

基于微热管的高倍聚光光伏模组新型散热实验研究

高倍聚光光伏(HCPV)模组凭着其特有的优势,近些年得到了广泛的应用。HCPV模组采用的是III^V族多结太阳电池,尽管如今III^V族多结太阳电池的实验室最高光电转换效率已高达46.0%,而采用三结电池的HCPV模组,其最高转化效率只有35%左右。造成HCPV模组效率下降的主要原因之一就是模组的散热和工作温度均匀性问题。因此,如何对HCPV模组进行有效地均匀散热对提高模组转化效率具有重要的意义。热管作为一种高效相变传热技术,具有当量导热系数很高,且恒温传热的特点。本文针对典型HCPV模组的热流分布特点和结构特点,采用扁平微热管阵列作为新型散热器,实验研究了基于微热管阵列散热的HCPV系统的光电特性和散热特性。研究结果表明,优化工况下,采用微热管阵列作为散热装置的HCPV模组必常规HCPV模组其输出功率大约提高22%,表明该散热结构具有很好的应用前景。

聚光光伏电热联用系统在建筑中的应用现状及展望

对多种聚光形式的CPV/T装置在建筑中的应用现状进行总结与分析,介绍了其中几种在建筑中应用的CPV/T建筑供用能系统,最后对与建筑结合的CPV/T系统进行了展望。提出聚光器建筑构件化、CPV/T系统多联产是CPV/T建筑供用能系统的发展趋势。

1MW高倍聚光光伏发电并网系统的设计

本文选云南石林地区为电站场址,通过对高倍聚光光伏组件选择、光伏阵列运行方式选择、光伏阵列设计及布置方案、并网逆变器选型等光伏发电系统构成方面进行了研究设计。分析得出该电站的理论年发电量为170.07万kWh,具有良好的经济效益和环保效益。

高倍聚光光伏可拆卸型二次反射镜设计与研究

高倍聚光光伏技术是将垂直入射于菲涅耳透镜上的太阳光聚焦到电池片上,通过光电转换产生电能,但实际应用时,由于跟踪器跟踪精度低、支架受风会抖动等因素存在,无法保证太阳光始终垂直入射于菲涅耳透镜。针对该问题,在菲涅耳透镜和太阳能电池之间增加一个可拆卸的倒置的去掉顶部的棱锥形二次反射镜来提高聚光光伏的接收角,给出了具体的设计实例,并应用Solidworks软件和Tracepro软件对设计实例进行了计算机光学模拟。结果证实该二次反射镜能很好地提高聚光光伏的接收角,并改善菲涅耳透镜聚焦光斑的能量均匀性。

聚光光伏系统接收器结构及性能优化

以线性聚光光伏接收器为研究对象,以有效聚光率C=60、光强分布为正太分布为实例,研究了聚光不均匀时接收器温度分布和各材料层(包括电池层、焊锡层和绝缘层)应力应变规律。同时,为了消除光强非均匀分布对接收器性能的负面影响,对接收器结构进行了优化。结果表明,增加焊锡层厚度能有效降低材料Von Mises应力,同时通过适当增大散热器换热系数为代价,最终能有效消除因光强不均匀对脆弱焊锡层造成的损伤隐患,使接收器安全正常工作,达到性能优化的目的。

聚光光伏系统中浸没冷却液体的光学性能分析

通过分光光度计采用双光程测试方法获得合成油、醇类、硅油、矿物油4大类液体中10种候选液的光谱透过率。与传统光伏封装材料相比,候选浸没冷却液体的光谱透过率略显优势。基于液浸聚光电池的归一化光电流密度分析得出10种候选液均可用于浸没冷却聚光硅电池,二甲基硅油引起的功率损失最小;除丙三醇外其余9种候选液均可用于浸没冷却聚光三结电池,Therminol VP-1引起的功率损失最小,其次为二甲基硅油。