太陽能光伏光熱系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性理論研究

【摘要】：太陽能是一種清潔的可再生能源,目前太陽能的利用方式主要為光熱和光伏兩種。太陽能光伏光熱集熱系統(tǒng)則是一種集光伏發(fā)電和光熱轉(zhuǎn)換于一體的新型綜合系統(tǒng),將太陽能光伏組件作為集熱器,一部分太陽能經(jīng)光伏組件轉(zhuǎn)換成電能,另一部分轉(zhuǎn)換為熱量被管道中流通的工質(zhì)回收,從而同時(shí)產(chǎn)出電能和熱能。本文第一章主要介紹了在全球能源危機(jī)背景下可持續(xù)能源發(fā)展?fàn)顩r,并就太陽能技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的一種綜合PV/T系統(tǒng)的發(fā)展歷史及研究進(jìn)展做了簡要綜述。第二章和第三章分別針對采用不同工質(zhì)的PV/T系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真分析,第四章則對比分析了一系列具有不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的PV/T空氣集熱系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。最后就后續(xù)工作開展給出簡要建議。1.采用水為工質(zhì)的PV/T系統(tǒng)研究了一種采用水為工質(zhì)的PV/T系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。采用能量平衡方程建立了PV/T系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性模型,分析了出口水溫、太陽能電池溫度、光伏轉(zhuǎn)換效率、光伏電功率、熱輸出功率的變化規(guī)律,得到了給定天氣條件下各性能參數(shù)隨時(shí)間變化的曲線。同時(shí),進(jìn)一步分析了光伏組件串聯(lián)數(shù)目、入口水溫和水質(zhì)量流率等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)對PV/T系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響。研究結(jié)果表明：在給定工作條件下,隨太陽輻射增強(qiáng),光伏組件工作溫度逐漸升高,導(dǎo)致光伏轉(zhuǎn)換效率下降,但總體光伏電功率和熱輸出功率依然增大；在其他工作條件不變的情況下,隨光伏組件串聯(lián)數(shù)目增加,光伏組件工作溫度逐漸升高,導(dǎo)致光伏轉(zhuǎn)換效率下降,但總體光伏電功率和熱輸出功率依然增大；在其他工作條件不變的情況下,隨工質(zhì)入口溫度升高,光伏組件工作溫度逐漸升高,導(dǎo)致光伏轉(zhuǎn)換效率逐漸下降,整體光伏電功率和熱輸出功率逐漸減??；在其他工作條件不變的情況下,隨工質(zhì)質(zhì)量流率增大,光伏組件工作溫度逐漸降低,導(dǎo)致光伏轉(zhuǎn)換效率上升,整體光伏電功率和熱輸出功率逐漸增大；此外,相較光伏組件串聯(lián)數(shù)目,工質(zhì)入口溫度或質(zhì)量流率的改變對系統(tǒng)光伏電功率和熱輸出功率的影響要小得多。2.采用制冷劑R410A為工質(zhì)的PV/T系統(tǒng)研究了一種采用制冷劑R410A為工質(zhì)的PV/T系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。采用能量平衡方程建立了PV/T系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能模型,研究了太陽能電池溫度、光伏轉(zhuǎn)換效率、背板溫度、光伏電功率、熱輸出功率等性能參數(shù)的變化,得到給定天氣條件下各性能參數(shù)隨時(shí)間變化的曲線。同時(shí),進(jìn)一步分析了制冷劑蒸發(fā)溫度對PV/T系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響。研究結(jié)果表明：在給定蒸發(fā)溫度下,隨太陽輻射增強(qiáng),光伏組件工作溫度逐漸升高,導(dǎo)致光伏轉(zhuǎn)換效率逐漸下降,但整體光伏電功率和熱輸出功率依然增大；在其他工作條件不變的情況下,隨制冷劑蒸發(fā)溫度升高,光伏組件工作溫度隨之升高,導(dǎo)致光伏轉(zhuǎn)換效率下降,同時(shí)整體光伏電功率和熱輸出功率減小；此外,光伏組件工作溫度僅略高于蒸發(fā)溫度,因而選擇較低的蒸發(fā)溫度能夠有效降低光伏組件工作溫度。同時(shí),給定蒸發(fā)溫度下,光伏組件工作溫度或光伏轉(zhuǎn)換效率隨太陽輻射改變的幅度并不大,具有較穩(wěn)定的光伏性能。3.采用空氣為工質(zhì)的PV/T系統(tǒng)研究了一系列具有不同管道結(jié)構(gòu)的采用空氣為工質(zhì)的PV/T系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。采用能量平衡方程建立了PV/T系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能模型,分析了太陽能電池溫度、光伏轉(zhuǎn)換效率、光伏電功率、電效率、熱輸出功率和熱效率等參數(shù)的變化規(guī)律,得到給定天氣條件下各性能參數(shù)隨時(shí)間變化的曲線。同時(shí),對比無管道的傳統(tǒng)光伏組件,分析了不同管道結(jié)構(gòu)對PV/T系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響。研究結(jié)果表明：對于一定結(jié)構(gòu)的系統(tǒng),給定工作條件下,隨太陽輻射增強(qiáng),光伏組件工作溫度逐漸升高,導(dǎo)致光伏轉(zhuǎn)換效率和整體電效率下降,但光伏電功率和熱輸出功率增大,而整體熱效率變化幅度不大；對于不同結(jié)構(gòu)的系統(tǒng),在光伏性能方面,工質(zhì)流過光伏組件下方時(shí)散熱效果增強(qiáng),光伏組件工作溫度降低,光伏轉(zhuǎn)換效率上升,同時(shí)光伏電功率增大。工質(zhì)流過光伏組件上方時(shí)散熱效果減弱,光伏組件工作溫度升高,光伏轉(zhuǎn)換效率下降,同時(shí)光伏電功率減小。工質(zhì)同時(shí)流過光伏組件上下方,若為單程流,即上下通道連續(xù)時(shí),光伏組件工作溫度下降,光伏轉(zhuǎn)換效率上升,但光伏電功率反而減??；若為雙程流,即上下通道獨(dú)立,光伏組件工作溫度上升,光伏轉(zhuǎn)換效率下降,同時(shí)光伏電功率減小；對于不同結(jié)構(gòu)的系統(tǒng),在熱性能方面,工質(zhì)流過光伏組件上方時(shí)的熱輸出功率大于工質(zhì)流過光伏組件下方時(shí)的熱輸出功率；改變PV/T系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對光伏性能和熱性能的影響不同,通常提升光伏性能需要以降低熱性能為代價(jià),反之亦然；此外,經(jīng)驗(yàn)證在PV/T系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性仿真計(jì)算中忽略輻射傳熱過程的假設(shè)是合理可行的。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 光伏轉(zhuǎn)換 集熱器 光伏光熱系統(tǒng) 動(dòng)態(tài)特性 模擬分析
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 中文摘要4-7
• 英文摘要7-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 研究背景13-14
• 1.1.1 全球能源危機(jī)13
• 1.1.2 可再生能源13-14
• 1.2 太陽能應(yīng)用14-17
• 1.2.1 太陽能應(yīng)用基礎(chǔ)14-16
• 1.2.2 太陽能應(yīng)用前景16-17
• 1.3 太陽能光伏光熱系統(tǒng)17-23
• 1.3.1 PV/T系統(tǒng)簡介17-18
• 1.3.2 PV/T系統(tǒng)綜述18-23
• 1.4 本文研究內(nèi)容23-25
• 第二章 以水為工質(zhì)的PV/T系統(tǒng)25-51
• 2.1.1 PV/T系統(tǒng)概述25-26
• 2.2 PV/T系統(tǒng)能量平衡模型26-33
• 2.2.1 模型建立26-30
• 2.2.2 傳熱系數(shù)30-31
• 2.2.3 模型驗(yàn)證31-33
• 2.3 PV/T系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性模擬分析33-49
• 2.3.1 串聯(lián)數(shù)目對動(dòng)態(tài)特性的影響34-39
• 2.3.2 入口水溫對動(dòng)態(tài)特性的影響39-44
• 2.3.3 質(zhì)量流率對動(dòng)態(tài)特性的影響44-49
• 2.4 本章小結(jié)49-51
• 第三章 以制冷劑為工質(zhì)的PV/T系統(tǒng)51-64
• 3.1 PV/T系統(tǒng)概述51-52
• 3.2 PV/T系統(tǒng)能量平衡模型52-57
• 3.2.1 模型建立53-55
• 3.2.2 傳熱系數(shù)55-56
• 3.2.3 模型驗(yàn)證56-57
• 3.3 PV/T系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性模擬分析57-62
• 3.4 本章小結(jié)62-64
• 第四章 不同管道結(jié)構(gòu)的PV/T系統(tǒng)對比64-85
• 4.1 PV/T系統(tǒng)概述64-65
• 4.2 PV/T系統(tǒng)能量平衡模型65-75
• 4.2.1 模型建立65-72
• 4.2.2 傳熱系數(shù)72-74
• 4.2.3 模型驗(yàn)證74-75
• 4.3 PV/T系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性模擬分析75-83
• 4.3.1 光伏性能75-80
• 4.3.2 熱學(xué)性能80-82
• 4.3.3 假設(shè)驗(yàn)證82-83
• 4.4 本章小結(jié)83-85
• 第五章 總結(jié)與展望85-89
• 5.1 本文主要結(jié)論85-87
• 5.2 后續(xù)工作開展建議87-89
• 參考文獻(xiàn)89-98
• 致謝98-99
• 發(fā)表論文99-100
• 獲獎(jiǎng)情況100-101
• 附錄101-107

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