光伏太陽(yáng)能熱泵的理論和實(shí)驗(yàn)研究

【摘要】： 光伏電池的轉(zhuǎn)換效率隨著工作溫度的升高而下降，這常常會(huì)導(dǎo)致光伏電池在無(wú)冷卻的條件下效率較低。為了降低光伏電池的工作溫度，利用這部分熱量，并同時(shí)提高太陽(yáng)能的利用率，對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行光電、光熱綜合利用是一個(gè)很好的選擇，近年來(lái)這方面的研究在國(guó)內(nèi)外得以逐漸展開(kāi)。 參閱相關(guān)文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)：光電／光熱綜合利用的研究主要有以下兩種方式：一種是利用水作為冷卻介質(zhì)，被加熱后用來(lái)作為生活用水，或者作為熱泵系統(tǒng)的輔助熱源；另一種是利用空氣作為冷卻介質(zhì)，加熱后的空氣被導(dǎo)入到室內(nèi)給房間采暖或進(jìn)行其它形式的再利用。相關(guān)的研究表明：采取了上述冷卻措施后，光伏電池的效率得以明顯改善，同時(shí)太陽(yáng)能的綜合利用率也得以顯著提高。 然而為了使水或空氣可以達(dá)到直接利用或再利用的目的，常常希望冷卻介質(zhì)的能達(dá)到較高的溫度，這和提高光伏電池效率的方向是背道而馳的。為了從根本上解決這個(gè)問(wèn)題，我們提出了一種新型的太陽(yáng)能綜合利用方案：即把光伏集熱器和熱泵系統(tǒng)直接偶合起來(lái)，利用溫度較低的制冷劑帶走光伏集熱器的熱量，由此可以達(dá)到很好的冷卻效果，并可以在熱泵的冷凝端輸出品質(zhì)提升后的熱量用于采暖或制取生活用熱水。這種系統(tǒng)被稱為光伏太陽(yáng)能熱泵(photovoltaicsolar assisted heat pump，PV-SAHP)，對(duì)其進(jìn)行的相關(guān)研究表明該系統(tǒng)具有優(yōu)良的熱性能，并且光伏電池的轉(zhuǎn)換效率也得以顯著提高。 本文利用分布參數(shù)模型對(duì)光伏太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)的核心部件—光伏蒸發(fā)器進(jìn)行了深入的數(shù)值研究，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)件了PV-SAHP系統(tǒng)模型，研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、環(huán)境參數(shù)等因素的改變對(duì)光伏蒸發(fā)器和整個(gè)熱泵系統(tǒng)性能的影響。對(duì)光伏蒸發(fā)器的模擬采用了分布參數(shù)法，相對(duì)于集總參數(shù)法而言，這種方法具有更高的精度。它能夠給出光伏蒸發(fā)器各絹件的溫度分布以及能量流動(dòng)特點(diǎn)，并同時(shí)給出光伏蒸發(fā)器的熱／電輸出等。 在上述理論模擬的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并搭建了光伏太陽(yáng)能熱泵實(shí)驗(yàn)臺(tái)。并在合肥冬季的氣候條件下，進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，二者具有很高的一致性，驗(yàn)證了所建模型具有較高的精度。研究結(jié)果表明光伏蒸發(fā)器的熱效率可以達(dá)到0．53～0．75：電效率可以達(dá)到0．124～0．135；綜合效率可達(dá)到0．64～0．87，與同類型的集熱器相比高出約10％以上。光伏太陽(yáng)能熱泵的COP最高達(dá)到8．4，平均COP為6．5。由此可見(jiàn)光伏太陽(yáng)能熱泵具有非常優(yōu)越的性能。 采用上述模型，本文還對(duì)光伏太陽(yáng)能熱泵的變頻率工作特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。由于光伏太陽(yáng)能熱泵是工作在寬幅變動(dòng)的太陽(yáng)輻射和環(huán)境溫度下，因此必須對(duì)制冷劑流量進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，以避免蒸發(fā)器山口的制冷劑處于兩相狀態(tài)，危及到壓縮機(jī)的安全運(yùn)行，或者蒸發(fā)器出口制冷劑的過(guò)熱度太大，導(dǎo)致散熱損失增加，降低蒸發(fā)器的熱效率。本文采用了變頻率和電子膨脹閥的二級(jí)調(diào)整方式調(diào)節(jié)制冷劑流量，使其與外界參數(shù)的變化相匹配，取得了很好的效果，使光伏太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)處于安全、高效的運(yùn)行狀態(tài)。 【關(guān)鍵詞】：光伏太陽(yáng)能熱泵 光伏蒸發(fā)器 熱效率 電效率 綜合效率 性能系數(shù) 變頻率 分布參數(shù)法
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：TK513
【目錄】：

• 目錄5-8
• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第一章 緒論12-34
• 1.1 我國(guó)能源的概況12-16
• 1.1.1 我國(guó)的能源現(xiàn)狀和基本特點(diǎn)12-15
• 1.1.2 能源發(fā)展面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)15-16
• 1.2 太陽(yáng)能的光電、光熱利用16-21
• 1.2.1 光伏發(fā)電技術(shù)18-19
• 1.2.2 太陽(yáng)能的光熱利用19-21
• 1.3 綜合利用技術(shù)和太陽(yáng)能熱泵21-27
• 1.3.1 PV/T集熱技術(shù)21-24
• 1.3.2 太陽(yáng)能熱泵24-27
• 1.4 本文主要內(nèi)容27-28
• 參考文獻(xiàn)28-34
• 第二章 光伏太陽(yáng)能熱泵的數(shù)學(xué)模型34-53
• 2.1 光伏蒸發(fā)器的模型34-40
• 2.1.1 結(jié)構(gòu)和工作原理34-36
• 2.1.2 理論分析36-40
• 2.2 系統(tǒng)其它部件的模型40-42
• 2.3 熱物性模型42-44
• 2.4 計(jì)算方法44-46
• 2.5 對(duì)光伏蒸發(fā)器的數(shù)值模擬46-50
• 2.5.1 參數(shù)的選取46
• 2.5.2 模擬結(jié)果分析46-50
• 2.6 本章小結(jié)50-51
• 參考文獻(xiàn)51-53
• 第三章 光伏太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與模擬的對(duì)比分析53-81
• 3.1 光伏太陽(yáng)能熱泵實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹53-60
• 3.1.1 光伏蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)和試制54-56
• 3.1.2 變頻壓縮機(jī)56-57
• 3.1.3 光伏系統(tǒng)57-60
• 3.2 參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)60-62
• 3.3 測(cè)點(diǎn)布置和實(shí)驗(yàn)方案62-64
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)的布置62-63
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)方案63-64
• 3.4 光伏蒸發(fā)器的研究64-73
• 3.4.1 主要性能參數(shù)64
• 3.4.2 模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析64-72
• 3.4.2.1 蒸發(fā)器得熱量和熱效率66-68
• 3.4.2.2 輸出功率和電效率68-69
• 3.4.2.3 熱電綜合效率69-70
• 3.4.2.4 相鄰銅管間的溫度分布70-72
• 3.4.3 光伏蒸發(fā)器的研究結(jié)論72-73
• 3.5 光伏太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)的研究73-80
• 3.5.1 主要參數(shù)公式及說(shuō)明73
• 3.5.2 系統(tǒng)模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析73-79
• 3.5.2.1 壓縮機(jī)功率74-75
• 3.5.2.2 冷凝功率75-76
• 3.5.2.3 COP76-77
• 3.5.2.4 光伏功率77-78
• 3.5.2.5 光伏效率78-79
• 3.5.3 結(jié)論79-80
• 3.6 本章小結(jié)80-81
• 第四章 光伏太陽(yáng)能熱泵變頻率工況下的數(shù)值模擬81-96
• 4.1 變頻工況研究的意義81-82
• 4.2 計(jì)算方法82-86
• 4.3 結(jié)果和討論86-92
• 4.3.1 氣象數(shù)據(jù)86-87
• 4.3.2 COP和冷凝功率87-88
• 4.3.3 壓縮機(jī)耗功和光伏輸出功率88-89
• 4.3.4 壓縮機(jī)頻率和制冷劑質(zhì)量流量89-90
• 4.3.5 蓋板溫度(Tg),環(huán)境溫度(Ta)和基板溫度(Tp)90-91
• 4.3.6 熱效率、電效率和綜合利用效率91-92
• 4.4 本章小結(jié)92-94
• 參考文獻(xiàn)94-96
• 第五章 總結(jié)及展望96-99
• 5.1 論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)96-98
• 5.2 論文的后續(xù)工作和展望98-99
• 符號(hào)列表99-102
• 圖例清單102-105
• 論文、獎(jiǎng)勵(lì)和科研情況105-108
• 致謝108

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻(xiàn)來(lái)了解更多相關(guān)內(nèi)容

沙漠中公路隧道修建可行性研究    吳楚鋼;彭連杰;李貴乾;文棟良;劉飛;李強(qiáng);

聚焦型太陽(yáng)能集熱器的研究進(jìn)展    顧強(qiáng);蘇慧;

太陽(yáng)能雙效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)的性能研究    韓崇巍

U型玻璃真空管太陽(yáng)能集熱器熱性能研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)    安玉嬌

光伏太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)的模擬研究和經(jīng)濟(jì)性分析    馮琳

太陽(yáng)能熱泵熱水裝置試驗(yàn)研究與應(yīng)用分析    李舒宏,武文彬,張小松,殷勇高

直膨式太陽(yáng)能熱泵供熱水系統(tǒng)的性能研究    曠玉輝,王如竹,許煜雄

直膨式太陽(yáng)能熱泵熱水器的實(shí)驗(yàn)研究    曠玉輝,王如竹

基于菲聶爾透鏡的聚焦太陽(yáng)能PV/T系統(tǒng)熱電性能研究    翟輝;代彥軍;吳靜怡;

渦旋壓縮機(jī)理論機(jī)構(gòu)模型    劉振全,杜桂榮

太陽(yáng)能-土壤源熱泵相變蓄熱供暖系統(tǒng)運(yùn)行模式    韓宗偉;鄭茂余;孔凡紅;劉威;

太陽(yáng)能-土壤源熱泵系統(tǒng)聯(lián)合供暖運(yùn)行模式的探討    楊衛(wèi)波,施明恒,董華

太陽(yáng)能熱泵-地板輻射供熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究    涂愛(ài)民;董華;朱冬生;周恩澤;

制冷空調(diào)用渦旋壓縮機(jī)數(shù)學(xué)模型    王寶龍,石文星,李先庭

電子膨脹閥節(jié)流機(jī)構(gòu)流量特性的實(shí)驗(yàn)研究    張川;馬善偉;陳江平;陳芝久;陳文勇;

光伏—太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)及多功能熱泵系統(tǒng)的綜合性能研究    裴剛

三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真    陶曉峰;謝君;

太陽(yáng)能·地源熱泵供暖系統(tǒng)在新農(nóng)村中的應(yīng)用前景探討    李國(guó)棟;解國(guó)珍;梁辰;法曉明;

100kW風(fēng)光互補(bǔ)電站設(shè)計(jì)    楊幫宇;

太陽(yáng)能熱泵多功能復(fù)合機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建模與仿真分析    趙芳;許梁;楊前明;孔祥強(qiáng);

太陽(yáng)能聚光光伏光熱(CPV/T)系統(tǒng)研究    孫利國(guó);華永明;張耀明;杜斌;王文斌;王新;石卓倩;

光伏并網(wǎng)發(fā)電的最大功率點(diǎn)跟蹤算法研究    王桂英;史金玲;紀(jì)飛;王歡;

太陽(yáng)能光伏模塊電氣特性的數(shù)學(xué)建模與仿真    戴訓(xùn)江;晁勤;

太陽(yáng)電池的負(fù)載匹配理論與負(fù)載變換技術(shù)    王康模;陳長(zhǎng)纓;于志剛;劉興華;劉小沖;趙俊;

基于PSIM的光伏模塊建模與電氣特性仿真    劉俊杰;張新燕;

跟蹤式光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能分析    高亮;蔡世俊;高鵬;李果華;施正榮;朱拓;

空調(diào)系統(tǒng)冷凝器穩(wěn)態(tài)分布參數(shù)模型與仿真    張東;孔祥強(qiáng);

一種基于dp/dv=0的最大功率跟蹤控制策略    榮延澤;劉士榮;毛軍科;李松峰;

光伏發(fā)電最大功率跟蹤控制方法的研究    李星辰;王琳;

基于PSIM9.0的單相光伏逆變系統(tǒng)的仿真研究    孫冰;白樹(shù)忠;鄭世松;

光伏并網(wǎng)給定電流幅值偏移的孤島檢測(cè)方法    鄭世松;孫冰;王玉斌;

直膨式太陽(yáng)能輔助熱泵技術(shù)的研究進(jìn)展    孔祥強(qiáng);林琳;張東;楊前明;

太陽(yáng)能輔助熱泵系統(tǒng)分析與研究    王強(qiáng);尚鑫;

水蒸汽再壓縮熱泵系統(tǒng)的性能分析    趙博;馬國(guó)遠(yuǎn);許樹(shù)學(xué);

太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)并聯(lián)式與串聯(lián)式的性能比較    王雅楠;王灃浩;

新型低碳節(jié)能環(huán)保壓縮技術(shù)—XJY-1介紹    何劍雄;錢(qián)云儀;何崇恒;

分布式電源的概率建模及其對(duì)電力系統(tǒng)的影響    王敏

考慮分布式發(fā)電的配電網(wǎng)綜合負(fù)荷建模方法研究    錢(qián)軍

我國(guó)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)投資風(fēng)險(xiǎn)及決策研究    朱震宇

產(chǎn)業(yè)集群與循環(huán)經(jīng)濟(jì)的關(guān)系研究    張偉

高壓天然氣管網(wǎng)動(dòng)態(tài)模擬與壅塞流動(dòng)特性研究    劉慶堂

光伏發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)及電動(dòng)汽車(chē)充電站可靠性研究    于蓉蓉

太陽(yáng)能地下混凝土存取熱試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬    趙研

新型分布式供能系統(tǒng)熱力特性研究    王錫

基于酞菁銅的太陽(yáng)能電池的研究    劉一婷

熱解、氣化過(guò)程中燃料-N的形態(tài)轉(zhuǎn)化及遷移規(guī)律研究    王宗華

基于軟開(kāi)關(guān)PWM技術(shù)的光伏逆變器的研究與設(shè)計(jì)    曹建

用于礦燈充電的獨(dú)立光伏系統(tǒng)研究    毛娟

太陽(yáng)能光伏發(fā)電單相并網(wǎng)逆變器研究    李本元

直膨式太陽(yáng)能熱泵熱水器的模擬分析    張東

直膨式太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)性能的優(yōu)化分析    李振興

太陽(yáng)能輔助熱泵多功能復(fù)合機(jī)的電氣化改進(jìn)及其控制    馬秋環(huán)

太陽(yáng)能LED照明系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)    杜守增

飽和氣體發(fā)生器低溫制冷系統(tǒng)研究    王振琛

光伏發(fā)電系統(tǒng)自適應(yīng)控制研究    李亭

基于橋檢車(chē)的駐車(chē)充電站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)    楊光

太陽(yáng)能無(wú)泵LiBr吸收式制冷機(jī)中溶液提升管最低高度的確定    鄭宏飛,陳子乾

太陽(yáng)能1.x級(jí)溴化鋰吸收式制冷循環(huán)性能分析    陳亞平,王克勇,施明恒

吸收一噴射復(fù)合制冷技術(shù)的研究進(jìn)展    顧兆林,蔣立本,馮詩(shī)愚,王彥峰

中國(guó)能源現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及對(duì)策    周志強(qiáng);

制冷劑飽和熱力性質(zhì)的隱式擬合方法    張春路,丁國(guó)良,李灝

制冷劑過(guò)熱氣體熱力性質(zhì)的隱式擬合方法    張春路,丁國(guó)良,李灝

直膨式太陽(yáng)能熱泵供熱水系統(tǒng)的性能研究    曠玉輝,王如竹,許煜雄

1.x級(jí)溴化鋰吸收式制冷循環(huán)性能分析    陳亞平,王克勇,施明恒

直膨式太陽(yáng)能熱泵熱水器的實(shí)驗(yàn)研究    曠玉輝,王如竹

庫(kù)布齊沙漠穿沙公路沙害綜合防治技術(shù)    胡春元,楊茂,楊存良,劉永茂,蔣有則,張潤(rùn)煥

我國(guó)不同沙漠類型區(qū)公路沙害防治技術(shù)與機(jī)理研究    羅俊寶

光伏—太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)及多功能熱泵系統(tǒng)的綜合性能研究    裴剛

庫(kù)布齊地區(qū)土地沙漠化及其防治研究    楊俊平

太陽(yáng)能?chē)娚渑c壓縮一體化制冷系統(tǒng)的研究    田琦

間接膨脹式太陽(yáng)能多功能熱泵系統(tǒng)的研究    陽(yáng)季春

太陽(yáng)能高倍聚光能量傳輸利用理論及試驗(yàn)研究    韓延民

光伏太陽(yáng)能熱泵的動(dòng)態(tài)分布參數(shù)模擬與實(shí)驗(yàn)研究    何漢峰

采用腔體吸收器的線聚焦太陽(yáng)能集熱器的理論及實(shí)驗(yàn)研究    翟輝

真空玻璃蓋板熱管平板式太陽(yáng)能熱水器的理論與實(shí)驗(yàn)研究    王世鋒

風(fēng)積沙路基邊坡穩(wěn)定性的室內(nèi)模擬試驗(yàn)研究    董秀坤

與建筑結(jié)合的太陽(yáng)集熱器的開(kāi)發(fā)研究    陶大洲

關(guān)于拋物槽集熱器的光學(xué)與熱學(xué)的性能研究    劉毓偉

沙漠地區(qū)交通線路路基修建應(yīng)用技術(shù)分析    王希云

多孔介質(zhì)土壤熱滲耦合模型及埋管周?chē)寥罍囟葓?chǎng)數(shù)值模擬研究    王金香

熱管平板式太陽(yáng)能集熱器和太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的研究    劉繼者

基于光伏/光熱屋頂預(yù)制模塊的冷/熱—電聯(lián)供熱泵系統(tǒng)的研究    張行星

拋物槽式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的應(yīng)用和研究    徐顯波

太陽(yáng)能明托熱機(jī)的理論和實(shí)驗(yàn)研究    侯景鑫

煙氣驅(qū)動(dòng)的溴化鋰吸收式冷溫水機(jī)組仿真研究    吳永飛

單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)組性能研究及其應(yīng)用    楊燕燕

船用煙氣驅(qū)動(dòng)單效TFE/TEGDME吸收式制冷的研究    毛寶龍

30MW太陽(yáng)能冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)研究    吳一梅

太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析    韓晶,石久勝

太陽(yáng)能熱泵熱水裝置試驗(yàn)研究與應(yīng)用分析    李舒宏,武文彬,張小松,殷勇高

地源熱泵的運(yùn)行特性模擬研究    王景剛,馬一太,張子平,王侃宏,候立泉

直膨式太陽(yáng)能熱泵供熱水系統(tǒng)的性能研究    曠玉輝,王如竹,許煜雄

直膨式太陽(yáng)能熱泵熱水器的實(shí)驗(yàn)研究    曠玉輝,王如竹

空間用平板形菲涅耳透鏡的設(shè)計(jì)和光學(xué)效率研究    張明,黃良甫,羅崇泰,安棟梁,孫燕杰,王多書(shū),郭俊濤

污水源熱泵供熱空調(diào)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析    崔福義,李曉明,周紅

電子膨脹閥的制冷劑流量特性的試驗(yàn)研究    翁文兵,王瑾竹,蔣能照

電子膨脹閥在轎車(chē)空調(diào)制冷系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)特性研究    唐雙波,仲華,陳芝久,劉維華,沈軍

中間補(bǔ)氣的渦旋制冷壓縮機(jī)的工作特性    黃超,張華,鄔志敏

光伏太陽(yáng)能在變電站直流系統(tǒng)的應(yīng)用    劉利成;

太陽(yáng)能技術(shù)及其并網(wǎng)特性綜述    張抒陽(yáng);張沛;劉珊珊;

光伏太陽(yáng)能系統(tǒng)在變電站直流系統(tǒng)中的應(yīng)用    劉利成;

太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)在變電站直流系統(tǒng)中的應(yīng)用    劉峰;

二星級(jí)綠色建筑:綠地新里·盧浮公館    張軒;

基于歐姆龍PLC的太陽(yáng)能電池板自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的研究    羅維平;

基于PLC的太陽(yáng)能電池板自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的研究    羅維平;

基于歐姆龍PLC的太陽(yáng)能電池板自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的研究    羅維平;

直流準(zhǔn)并網(wǎng)技術(shù)及其在光伏太陽(yáng)能空調(diào)器上的應(yīng)用    李強(qiáng);王斌;

光伏太陽(yáng)能在變電站直流系統(tǒng)的應(yīng)用    劉利成;黃曙霞;

光伏太陽(yáng)能在變電站直流系統(tǒng)的應(yīng)用    劉利成;黃曙霞;

有機(jī)光伏太陽(yáng)能電池中電子收集層的研究    施璦麗