PV/T集热器优化设计及实验

光伏/光热(photovoltaic/thermal collector,PV/T)集热器是光伏光热系统的关键部件,其性能好坏直接决定着太阳能综合利用率的高低,因此PV/T集热器的设计对光伏光热系统的性能研究有着重要的作用。本文对PV/T集热器结构和传热热阻进行了分析,采用Fluent软件对不同的辐照度、结构尺寸和流量共75种工况下的PV/T集热器的热性能进行了数值模拟;并对PV/T集热器进行了优化设计,根据设计结果搭建了试验台,对PV/T集热器的集热效率与发电效率进行了研究。研究结果表明:集热器内最佳冷却水流量为0.008kg/s,光伏电池和集热面积最佳比D/W=0.4。随着归一化温差的增大,PV/T集热器的光电效率与集热效率均不断降低,光电效率预测值与实验值的最大误差22.5%,平均集热效率0.63,最大集热效率达到0.75。

真空玻璃与单层玻璃盖板PV/T集热器性能的对比研究

提出一种真空玻璃盖板平板式光伏/热(PV/T)集热器,建立了真空玻璃和单层玻璃盖板PV/T集热器的传热模型,并分别搭建了两种PV/T热水系统的实验平台进行模型的实验验证。预测结果与实验测量结果的均方根偏差(RMSD)在0.71%~11.17%之间。利用数学模型模拟了真空玻璃与单层玻璃盖板PV/T集热器在合肥冬季的热、电性能,并比较了两者性能的差异。模拟结果表明真空玻璃盖板PV/T集热器的顶部热损失平均为22 W,而单层玻璃盖板PV/T集热器热损失平均为107 W。使用真空玻璃盖板能显著减少PV/T集热器的顶部热损失。真空玻璃盖板PV/T集热器相对单层玻璃盖板PV/T集热器的全天热效率提高了5.68%,二者分别为41.76%和36.08%,全天电效率分别为11.76%和12.79%,相差1.03%。

空冷型PV/T集热器通道结构优化分析

文章利用CFD技术对空冷型PV/T集热器进行数值模拟,并根据模拟结果分析了渐扩、渐缩通道和空气质量流量对该集热器综合效率的影响。文章基于上述分析结果对原有的渐扩、渐缩通道的几何尺寸进行改变,并在原有边界条件的基础上进行数值模拟。模拟结果表明:增大渐扩通道进口与出口的面积比m,可以有效地提高该集热器的综合效率;当m发生变化时,空气质量流量对该集热器综合效率的影响有显著差异。

PV/T太阳能集热器性能综合评价研究

以PV/T集热器为研究对象,从技术、效果及成本特性三方面建立性能评价模型,开展PV/T集热器性能综合评价。结果表明,结构参数、环境气象参数、使用寿命分别对转换效率、输出能量及成本产生较大影响。在一定条件下,太阳电池覆盖率为0.4和0.8时,其等效热效率分别为58.0%和64.5%;太阳辐照度为500 W/m^(2)、800 W/m^(2)时,其输出热量分别为13481 KJ和29005 KJ,设计寿命为10年、20年和30年时,成本分别为3861.00元、4074.80元和4205.76元。研究为综合评价PV/T集热器性能提供了一种新的思路。

严寒地区PV/T-空气源热泵集成供热系统研究

严寒地区太阳能光伏光热(PV/T)技术应用于空气源热泵供暖系统,能实现低温环境下空气源热泵高效制热,最大限度提高可再生能源利用率。研究分析了空气源热泵供暖系统在严寒地区使用的局限性和普遍存在的问题;根据太阳辐射传热机理和空气传热介质的特点,研制出PV/T-空气源热泵集成供热系统,空气源热泵机组即使在室外空气温度-20℃时,其理论COP值也能达到5.37,提高了严寒地区空气源热泵的制热效率,为今后严寒地区供暖模式提供了一种新的思路。

基于相变流体的热管式太阳能PV/T热电联供系统实验研究

文章分别搭建了基于水和相变流体的热管式PV/T热电联供系统实验台,测试分析了相同工况下两个系统的光伏板表面温度、换热水箱温度、热/电功率、热/电效率及综合效率。研究结果表明,在测试工况下,与基于水的热管式PV/T热电联供系统相比,基于相变流体的热管式PV/T热电联供系统光伏板表面温度降低了2℃,蓄热水箱水温升高了1.3℃,日均电效率相对升高了0.8%,日均热效率相对升高了7%,日均综合效率相对升高了10.2%。该研究结果为相变流体在太阳能储存领域的应用提供参考。

热管式PV/T热水系统性能的实验研究

搭建了热管式PV/T(photovoltaic/thermal)热水系统的实验装置,测试了太阳辐射强度、室外空气温度、联箱入口水温和循环水量等因素对系统性能的影响.结果表明:由于光伏电池覆盖率高和PV板背板材料导热性能低,系统热效率低于30%;随着太阳辐射强度和室外空气温度的增加,系统的热效率线性上升,电效率线性下降;联箱入口水温和循环水量对系统的热性能影响明显,对电性能影响不大.

结构参数对管板式光伏光热集热器性能的影响研究

本文以对平板集热器经典的Hottel-Whillier模型进行修正以适用于管板式光伏光热集热器(PV/T集热器),并采用实验数据对修正后的PV/T集热器仿真模型进行验证。利用验证后的PV/T集热器仿真模型,研究吸热板厚度和导热系数、吸热管间距和内径、保温层厚度、光伏组件功率等结构参数对集热器集热效率、发电效率和总效率的影响,然后基于敏感性分析法确定管板式PV/T集热器的关键结构参数。结果表明,各结构参数对管板式PV/T集热器性能的影响程度,从大到小依次为:组件功率、吸热管间距、吸热板厚度和导热系数、吸热管内径、保温层厚度。组件功率和吸热管间距对应的敏感性系数明显高于其他4个参数,是管板式PV/T集热器的关键结构参数,并最终确定了最佳的PV/T集热器关键结构参数。

空冷式PV/T系统实验性能分析

本文提出1种基于微热管阵列的空冷式PV/T系统,设计并搭建了系统实验测试平台,对典型工况下系统性能进行研究,分析辐照度、环境温度以及风速对系统性能的影响。结果表明:典型工况下系统日均电效率为11.79%,热效率为24.75%,综合效率为55.78%;实验测试范围内保持其他因素基本不变的情况下,系统综合效率与辐照度、环境温度及风速呈正相关。此外,将本系统与现有的空冷式PV/T系统从实验可操作性、系统制作工艺以及综合性能等方面进行对比,本系统均表现出一定的优势,可更有效实现光伏余热的高效利用。相关研究成果有助于在太阳能光伏建筑、太阳能干燥农产品、药材等相关领域提供技术支撑与数据参考。

光伏光热联合热泵热水系统仿真优化及经济性

针对济南市某别墅生活热水需求,采用TRNSYS软件建立PV/T(光伏光热)联合热泵系统(PV/T集热器联合水源热泵机组)仿真模型。将最小系统生命周期成本作为目标,对优化变量(PV/T集热器面积、PV/T集热器倾角、集热水箱容积、蓄热水箱容积、水源热泵机组额定制热量)进行寻优,确定PV/T联合热泵系统最佳设备配置。将燃气热水器制备生活热水方案作为对比方案,评价PV/T联合热泵系统的经济性。当PV/T集热器面积为20 m^(2)、PV/T集热器倾角为30°、集热水箱容积为3 m^(3)、蓄热水箱容积为1 m^(3)、水源热泵机组额定制热量为5.6 k W时,系统生命周期成本最小。水源热泵机组额定制热量对系统生命周期成本影响最大,PV/T集热器倾角影响最小。PV/T联合热泵系统与对比方案的差额投资回收期为2.1 a,PV/T联合热泵系统的经济性理想。