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。

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。

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。

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。

基于太阳能分频利用的光伏/光热综合发电系统热力学分析

通过对太阳能聚光投入辐射进行分频,建立光伏与光热驱动有机朗肯循环综合供电系统。在冷却背板温度100℃的限制下,对该系统进行热力学分析,筛选了适宜的循环工质,获得了有机朗肯循环(ORC)系统优化的蒸发温度。结果表明:isobutene作为光伏系统的冷却工质和ORC系统的循环工质时系统效率最高,分频技术将冷却背板散热负荷转移至集热器,可降低光伏板的散热需求,从而降低循环工质质量流量,对提高系统发电能力有积极作用,该系统可将单纯光伏发电效率提高9百分点;同时,分频效率和太阳能电池吸收波段对综合供电系统的总效率影响较大。

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。

太阳能光伏光热一体化系统运行实验研究

太阳能光伏光热一体化系统(hybrid photovoltaic-thermal solar system-PVT系统)作为一种利用太阳能同时获得电收益和热收益的新型能源利用方式,近年来受到学者的广泛关注。本文搭建了PVT系统电、热性能综合实验台,通过全天实验,分别研究和分析了系统的温度特性与相对电效率的关系。结果表明,在日照条件较好,系统循环水温较低的情况下,PVT系统的电效率与普通光伏电池相比可以提高约7%。同时,文章还分析了PVT系统内水的温度一天内的变化情况,提出了在午后太阳辐射强度逐渐减弱,环境温度逐渐升高时如何保持PVT系统较高电效率的方法。

空冷型光伏光热一体化系统的实验研究

对空冷型单晶硅光伏光热一体化系统进行了实验研究,充分肯定了光伏光热一体化系统对于提高电效率和利用热能的作用.通过对带有风机的空冷型强制对流单晶硅电池板与空冷型自然对流单晶硅电池板两者的电效率、净电效率和热效率的比较,探讨风机对于电池板散热的效果以及对其各项效率的影响.

一种太阳能光伏光热一体化系统的设计

文中介绍一种水自然冷却太阳能光伏光热一体化系统,包括PV/T光伏光热组件结构、物理系统的搭建、电气系统的搭建、监控系统的设计等,其中监控界面可以时时显示光伏组件背板的温度、水箱的温度、所产生的电能等参数;实验表明该系统不仅可提高2%以上发电量,而且还可以产生小于50℃低温水,具有系统简单、经济实用、光伏发热利用率高等优点。

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。

聚光光伏-超临界CO_(2)光热联合循环系统研究

提出了一种聚光光伏-超临界CO_(2)光热联合循环系统,实现聚光光伏低品位余热与超临界CO_(2)布雷顿循环的能量互补和梯级利用。通过仿真分析获得了不同参数下联合循环的主要性能,并与相同参数下的超临界CO_(2)简单循环、超临界CO_(2)再压缩循环、朗肯循环进行了比较分析。对比结果表明联合循环发电效率为24.97%,比简单循环(22.50%)高2.47%,比朗肯循环(23.37%)高1.60%,比再压缩循环(26.67%)低1.70%。此外,通过参数分析可知,当压缩机进口温度越接近CO_(2)临界温度时,压缩机进口压力越接近循环所对应的最佳压比,联合循环发电效率越高。

独立建筑光伏-光热-土壤源热泵一体化系统设计

针对边远无电网覆盖地区小型独立建筑用电及取暖困难问题,基于光伏/光热一体化技术,提出一种适用于此类地区的光伏-光热-土壤源热泵一体化系统设计方案。介绍该电热联供系统的组成部分、运行方式等;通过建筑负荷统计及光伏/集热组件、热泵机组及储能等设备参数计算,在选定系统各部分配置的基础上,实现该系统的设计。

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。

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。

聚光跟踪光伏&光热一体机热性能

综合考虑聚光跟踪光伏&光热一体机在不同气候条件下的工作状况,设计一套光热装置,解决聚光光伏电池板的温升问题,并将部分无法转换成电能的太阳能以热能的形式收集起来。通过测试验证,该光热装置可有效解决聚光光伏电池片的散热问题,还可收集太阳光热,获取利用价值较高的热水,从而达到高效、低成本太阳能光伏&光热的综合利用;在不需热水的条件下,通过辅助内循环控制,该光热装置还可确保聚光光伏单独运行;考虑阴雨天气,通过手动加热控制,可确保阴雨天气的热水供应。

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。

太阳能光伏光热一体化组件的应用特性实验研究

介绍一种将单晶硅太阳电池与铜管水流通道通过特殊工艺粘结起来的光伏光热（PV/T）一体化系统。对该系统进行室外实际运行实验，测试并讨论该系统在晴朗或多云天气下以不同循环水流量、不同恒定水箱水温、不同初始水箱水温运行时的应用特性。结果表明：该PV/T系统的最佳水流量为1．1m^3／h；水箱内水温越高，系统发电效率越低；水箱初始水温越低，热效率和电效率越高。同时，通过对PV/T系统及固定支架式光伏发电（FPV）系统发电量的对比研究得出，PV／T系统比FPV系统日发电量仅少2％～5％。