窗式太陽能PV-T系統(tǒng)性能研究及優(yōu)化

【摘要】：本文針對南京地區(qū)高層建筑因為窗戶面積大,特別是在夏季通過普通窗戶進入室內(nèi)的熱量多,空調(diào)能耗大的問題,自行設(shè)計制作了一套基于窗戶的太陽能光伏光熱一體化系統(tǒng)的性能研究實驗平臺。在保證室內(nèi)基本照明要求的條件下將PV-T系統(tǒng)與建筑物的維護結(jié)構(gòu)窗戶結(jié)合,既可以減少進入室內(nèi)的熱量,同時利用太陽能電池發(fā)電,特別在夏季光照條件強烈的地區(qū),可以減少能耗節(jié)約能源,為PV-T系統(tǒng)的應(yīng)用提供了新的選擇。 本文主要做了如下工作： 1)為了評估南京地區(qū)窗式太陽能PV-T系統(tǒng)的節(jié)能效果,自行設(shè)計制作了一套基于窗臺式太陽能光伏光熱一體化系統(tǒng)性能實驗研究平臺。該試驗臺主要由特制窗架,光伏電池板、玻璃窗、水冷散熱器、集熱水箱、水泵等設(shè)備組成,其中光伏電池板包括了目前市面上常見的三種不同類型晶體硅電池：單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池以及非晶硅太陽能電池。 2)本文在南京地區(qū)一年四季典型天氣情況下進行實驗研究,實驗內(nèi)容主要圍繞不同類型太陽能光伏電池的發(fā)電量,PV-T系統(tǒng)的冷卻水集熱量以及測試房間總得熱量來展開,比較南京地區(qū)建筑物布置普通玻璃窗和光伏窗房間的能耗,并總結(jié)了在不同季節(jié)不同冷卻條件下不同類型晶體硅電池PV-T系統(tǒng)節(jié)能情況,得出了在南京地區(qū)夏季使用單晶硅PV-T系統(tǒng)節(jié)能效果最好的結(jié)論。在房間面積為20m2窗戶面積為2.4m2測試房間里使用0.84m2單晶硅光伏電池,全年按照每季度運行90天,夏季運行10小時/天,春秋季運行9小時/天,冬季運行8小時/天,實際可節(jié)省電能為168.8kW·h。 3)以單晶硅PV-T系統(tǒng)為研究對象,利用CFD仿真軟件Fluent對測試房間進行數(shù)值模擬,得出夏季在典型時間點通過各墻壁得熱量與總得熱量的模擬值,并與第三章的測試結(jié)果作比較,兩者誤差小于實驗值的15%,證實了仿真模型的可靠性。之后以仿真模型為基礎(chǔ),對太陽能電池的實際使用面積進行優(yōu)化研究,在房間面積為20m2,窗戶面積為2.4m2的測試房間里在滿足該PV-T系統(tǒng)如要在保證全年都能在室內(nèi)照度達到標準要求的條件下運行,最大化光伏窗的面積為1.34m2,并按此面積對系統(tǒng)性能進行模擬,得到全年總節(jié)省電能226.34kW·h的結(jié)論。 【關(guān)鍵詞】：窗式PV-T 建筑節(jié)能 發(fā)電 得熱量 性能優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TK519
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-17
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究意義11
• 1.2 太陽能利用技術(shù)現(xiàn)狀11-13
• 1.3 太陽能光伏光熱一體化系統(tǒng)13-15
• 1.3.1 太陽能光伏光熱一體化(PV/T)系統(tǒng)13
• 1.3.2 太陽能光伏光熱建筑一體化(B1PV/T)系統(tǒng)13-15
• 1.4 本文的主要工作15-17
• 2 窗式太陽能PV-T實驗系統(tǒng)設(shè)計17-30
• 2.1 窗式太陽能PV-T實驗系統(tǒng)設(shè)計目的17
• 2.2 窗式太陽能PV-T實驗系統(tǒng)構(gòu)成17-18
• 2.3 窗式太陽能PV-T系統(tǒng)理論分析與設(shè)計18-29
• 2.3.1 PV-T系統(tǒng)的能量平衡概述18-19
• 2.3.2 光伏電池光電轉(zhuǎn)換19-20
• 2.3.3 光伏電池板熱平衡20-22
• 2.3.4 集熱系統(tǒng)的設(shè)計22-25
• 2.3.5 安裝基座設(shè)計25-27
• 2.3.6 光伏發(fā)電及存儲系統(tǒng)設(shè)計27-28
• 2.3.7 主要測試系統(tǒng)28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 3 窗式太陽能PV-T房間綜合能耗實驗研究30-68
• 3.1 能耗實驗分析方法30-32
• 3.1.1 房間得熱量的確定30-31
• 3.1.2 水箱冷卻水得熱量的確定31
• 3.1.3 PV-T系統(tǒng)綜合能量效率及節(jié)能計算31-32
• 3.2 實驗過程及測試方法32-33
• 3.3 測試結(jié)果與分析33-65
• 3.3.1 夏季測試結(jié)果與分析33-45
• 3.3.2 春秋季測試結(jié)果與分析45-53
• 3.3.3 冬季測試結(jié)果與分析53-65
• 3.4 窗式PV-T系統(tǒng)經(jīng)濟性分析65-67
• 3.5 本章小結(jié)67-68
• 4 窗式太陽能PV-T實驗系統(tǒng)模擬及優(yōu)化68-78
• 4.1 測試房間數(shù)值模擬68-72
• 4.1.1 物理模型68
• 4.1.2 網(wǎng)格劃分與模型設(shè)置68-71
• 4.1.3 模擬結(jié)果與分析71-72
• 4.2 試驗測試結(jié)果與分析72-74
• 4.3 實驗與模擬結(jié)果對比74
• 4.4 參數(shù)優(yōu)化研究74-77
• 4.5 本章小結(jié)77-78
• 5 工作總結(jié)及展望78-80
• 5.1 工作總結(jié)78-79
• 5.1.1 本文主要工作78
• 5.1.2 結(jié)論78-79
• 5.2 后續(xù)工作及展望79-80
• 致謝80-81
• 參考文獻81-84
• 附錄84-89

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