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。

矩阵型聚光光伏光热一体化系统热电性能研究

提出了一种矩阵型聚光光伏光热一体化系统,设计并制作了具有传热效率高等优点的水冷型PV/T接收器;设计了聚光比为13.58的聚光太阳能系统,并建立了实验系统;研究了太阳辐射强度的变化对电池性能的影响,以及太阳辐射强度对聚光系统综合热电性能的影响。实验结果表明:在相同环境和实验条件下,聚光太阳电池输出的最大电功率为65.1 W,对应的光电转换效率为12.1%;非聚光太阳电池输出的最大电功率为8.3 W,对应的光电转换效率为13.4%;而矩阵型聚光光伏光热一体化系统的热电综合效率达到71%。

矩阵型聚光光伏光热一体化系统设计与分析

提出一种新型矩阵型聚光光伏光热一体化系统,基于热管技术,设计并制作热管式光伏光热一体化(PV/T)集热器,具有传热效率高等优点。其次,基于平面镜反射原理,设计矩阵型聚光器,架构简单。为了验证矩阵型聚光器的可行性,在Solid Works三维设计软件中绘制出矩阵型聚光器的三维实体模型,将该实体模型导入Trace Pro中进行光学分析,光学效率达到68.7%,仿真结果表明,本文设计的矩阵型聚光器是合理的、可行的。最后,本文提出聚光光伏光热一体化(c-PV/T)系统的光电光热总效率和光电光热综合效率,综合评价c-PV/T系统的系统性能。

生物质锅炉辅助聚光光伏光热的低碳供热系统建模与优化研究

针对双碳目标下未来供暖系统低碳化转型趋势,设计了一套耦合太阳能聚光光伏光热技术、生物质锅炉和地源热泵的低碳供热系统。使用TRNSYS软件搭建供热系统模型,以天津市某宿舍为研究对象,按照天津市典型年气象参数,采用NSGA-II算法对系统配置与运行参数进行多目标优化。结果表明:在蓄热水箱容积为9.9 m~3,地埋管孔数为8,蓄热水箱出口水直接供热温度为44.1℃,仅靠生物质锅炉补热的蓄热水箱出口水温为15.3℃条件下系统运行效果最优;优化后供热系统的聚光光伏光热系统太阳能转化总效率基本在70%以上,结合地埋管可实现对太阳能的高效转化和有效消纳;热泵系统性能系数高,可有效利用低温热源进一步实现高效供热。

一种聚光光伏-光热耦合海水淡化系统的设计

设计了一种聚光光伏-光热(C-PV/T)耦合海水淡化系统,将常规闪蒸与多效蒸发相结合,利用C-PV/T提供海水淡化过程中海水蒸发所需的热能与动力部件所需的电能,解决了传统海水淡化过程需消耗大量常规能源及产水量相对较低的问题;并研究了光伏组件表面温度、槽式抛物面聚光器的聚光倍数、海水流量和海水的出口温度光伏组件发电功率、海水热量及淡水产量的影响。研究结果表明:在槽式抛物面聚光器的聚光倍数为40倍、海水流量为0.40kg.s^-1时,海水出口温度为78℃,此时系统的产水量较高且经济性好。

高能流密度下太阳能密集光伏组件射流冲击冷却特性

针对高能流密度下密集阵列光伏组件的冷却控温问题,采用模块化阵列射流冲击装置实现电池控温。基于Fluent软件对密排光伏组件阵列射流冲击换热进行数值模拟,研究不同射流孔径、冲击间距比与射流孔长径比等关键参数对其电池冷却的影响特性,综合分析了质量流量和能流密度变化对其冷却效果和所获电能的影响规律。结果表明冲击间距比对电池的换热效果存在最优值,在本文范围内h_(3)/d=4.5时换热效果最佳,但随着孔径的增大其换热均匀性有所下降;射流孔高度增大,换热效果和电池表面温度均匀性均降低;随着电池表面聚焦能量增加,其发电功率将成比例增加,而电池温度仅有小幅度升高;随着质量流量的合理增加,电池温度大幅度降低,且所产生的压降功耗基本不变。该文工作能为高倍聚光密集阵列光伏组件的高效均匀控温设计提供基础。

国内太阳能聚光PV/T系统聚光器的研究进展

介绍了太阳能聚光光伏光热一体化(PV/T)系统聚光器的分类、国内研究现状,分析了目前聚光器设计中的3类曲面形式、聚光方式及其特点、主要材料等关键问题,总结了各类聚光器的数值模拟或实验研究的结果,并对聚光器的发展进行了展望,提出了聚光器的发展方向。

太阳电池表面镀分光膜的CPV/T系统设计与光学分析

提出一种线性菲涅尔反射聚光分频光伏光热(CPV/T)综合利用系统,其太阳电池表面镀有分光膜,可将不利于光伏发电谱段的太阳辐射反射至热接收器进行光热利用。使用光线追踪法对此系统的结构参数和光学性能进行理论分析,结果表明太阳电池表面辐射能流密度均匀性好,热接收器光线拦截率高,所设计的分光膜能对太阳能进行有效分频利用,使系统结构紧凑,为进一步提高光伏光热系统总效率提供可能性。

基于TRNSYS仿真的不同跟踪方式下CPV/T系统的热电性能及经济性分析

利用TRNSYS软件仿真预测了采用不同跟踪方式的聚光光伏光热(CPV/T)系统在西安、兰州和拉萨这3个地区的全年热、电性能。仿真结果显示,以西安为例,3种跟踪方式中,采用双轴跟踪方式的CPV/T系统的全年热、电效率均最高,分别为40%和11.34%;采用单轴东西向跟踪方式的CPV/T系统的全年热、电效率次之,分别为35.67%和10.74%;采用单轴南北向跟踪方式的CPV/T系统的全年热、电效率均最低,分别为32.19%和10.16%。从动态投资回收期的角度对采用不同跟踪方式的CPV/T系统的经济性进行了评价,计算结果表明,采用单轴东西向跟踪方式的CPV/T系统的经济性最佳,在西安、兰州和拉萨这3个地区,其动态投资回收期分别为4.84、4.93和4.81年;采用双轴跟踪方式的CPV/T系统的经济性次之,在上述3个地区其动态投资回收期分别为5.65、5.69和5.48年;采用单轴南北向跟踪方式的CPV/T系统的经济性最差,在上述3个地区其动态投资回收期分别为6.09、6.26和6.00年。