光伏太陽能熱泵系統(tǒng)的模擬研究和經(jīng)濟性分析

【摘要】：隨著能源和環(huán)境問題的日益突出,太陽能因其無污染、可再生等優(yōu)點,受到人們的重視。本文以太陽能光電/光熱綜合利用為出發(fā)點,對光伏太陽能熱泵系統(tǒng)(PV-SAHP)進行了研究。 PV-SAHP系統(tǒng)在直膨式太陽能熱泵系統(tǒng)集熱板的上方層壓光伏電池制成光伏蒸發(fā)器(PV-EVAP).一方面,蒸發(fā)盤管中的制冷劑帶走了光伏電池中多余的熱量,保證了光伏電池較低的工作溫度,提高了系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換效率。另一方面,系統(tǒng)的蒸發(fā)過程在太陽直接輻照之下完成,使得熱泵循環(huán)的性能系數(shù)明顯提高。系統(tǒng)能夠同時輸出電能和熱能,提高了對太陽能的綜合利用能力。 首先,本文利用穩(wěn)態(tài)分相區(qū)集中參數(shù)模型對光伏蒸發(fā)器進行了理論研究。研究了太陽輻射強度、環(huán)境溫度、結(jié)構(gòu)參數(shù)以及蒸發(fā)器進口參數(shù)等因素的改變對出口焓值的影響；根據(jù)給定的進口參數(shù)和外界環(huán)境參數(shù),對光伏蒸發(fā)器進行了全天的數(shù)值模擬。結(jié)果表明,光伏蒸發(fā)器具有優(yōu)越的性能：其電效率、熱效率、電熱綜合效率的平均值分別為13.3%、67.9%、79.2%,綜合效率比普通集熱器約高出10%。 其次,建立了PV-SAHP系統(tǒng)的數(shù)學模型,并對其進行了全天的數(shù)值模擬。結(jié)果顯不,PV-SAHP系統(tǒng)具有優(yōu)越的性能：平均光伏功率、光電轉(zhuǎn)換效率、熱泵性能系數(shù)和光電光熱綜合性能系數(shù)分別為462.1w、13.8%、5.89和9.13；此外,系統(tǒng)的壓縮機耗功占光伏功率的78.2%,這意味著系統(tǒng)所輸出的電能能夠滿足自身需求。 最后,對光伏太陽能熱泵熱水器(PV-SAHPWH)進行了經(jīng)濟性分析和環(huán)境效益的評價,說明了該系統(tǒng)能夠節(jié)省費用、降低能耗、減少污染物的排放,適用于小區(qū)、住宅樓集中供生活熱水、供電量,具有可行性和工程應(yīng)用價值。 【關(guān)鍵詞】：光伏太陽能熱泵系統(tǒng) 光伏蒸發(fā)器 出口焓值 光電性能 光熱性能 綜合性能 分相區(qū)集中參數(shù)法 光伏太陽能熱泵熱水器 經(jīng)濟性分析 環(huán)境效益
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TU831.3
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 圖表目錄11-13
• 1 緒論13-19
• 1.1 課題的研究背景13-15
• 1.1.1 我國太陽能資源概況13-14
• 1.1.2 太陽能利用技術(shù)14-15
• 1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 課題的研究意義和目的16-17
• 1.4 課題的研究方法和主要內(nèi)容17-19
• 1.4.1 課題的研究方法17
• 1.4.2 課題的主要研究內(nèi)容17-18
• 1.4.3 課題的創(chuàng)新工作18-19
• 2 光伏太陽能熱泵系統(tǒng)簡介19-22
• 2.1 系統(tǒng)部件構(gòu)成和運行原理19-20
• 2.2 系統(tǒng)主要運行模式20-21
• 2.3 系統(tǒng)主要優(yōu)勢21-22
• 3 光伏蒸發(fā)器數(shù)值模擬22-51
• 3.1 光伏蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)簡介22
• 3.2 光伏蒸發(fā)器的數(shù)學模型22-29
• 3.2.1 蒸發(fā)器的能量守恒模型23-27
• 3.2.2 制冷工質(zhì)的流動傳熱模型27-29
• 3.3 其他輔助參數(shù)計算公式29-32
• 3.3.1 太陽輻射模型29-30
• 3.3.2 制冷劑與管壁的對流換熱系數(shù)30-32
• 3.3.3 制冷劑兩相區(qū)的摩擦壓降32
• 3.4 光伏蒸發(fā)器模型的求解32-36
• 3.4.1 數(shù)學模擬的模型選擇32-33
• 3.4.2 光伏蒸發(fā)器仿真算法33-36
• 3.5 數(shù)值模擬的結(jié)果及分析36-49
• 3.5.1 相關(guān)參數(shù)和計算公式36-39
• 3.5.2 已知條件對出口焓值的影響39-44
• 3.5.3 全天逐時模擬結(jié)果分析44-49
• 3.6 本章小結(jié)49-51
• 4 光伏太陽能熱泵系統(tǒng)數(shù)值模擬51-77
• 4.1 壓縮機數(shù)學模型51-54
• 4.1.1 制冷劑流量計算模型52-53
• 4.1.2 輸入功率計算模型53
• 4.1.3 溫度計算模型53-54
• 4.1.4 壓縮機仿真算法54
• 4.2 冷凝器數(shù)學模型54-61
• 4.2.1 模型的基本說明55-56
• 4.2.2 冷凝器制冷劑側(cè)模型56-58
• 4.2.3 冷凝器冷卻水側(cè)換熱模型58-59
• 4.2.4 冷凝器仿真算法59-61
• 4.3 電子膨脹閥數(shù)學模型61-62
• 4.4 制冷劑R22熱物性計算模型62-66
• 4.4.1 飽和態(tài)R22熱物性計算模型63-65
• 4.4.2 過熱態(tài)R22熱物性計算模型65-66
• 4.5 PV-SAHP系統(tǒng)模型求解66-68
• 4.6 數(shù)值模擬的結(jié)果及分析68-75
• 4.6.1 相關(guān)參數(shù)和計算公式68-70
• 4.6.2 冷凝功率70-71
• 4.6.3 壓縮機耗功71-72
• 4.6.4 熱泵性能系數(shù)72-73
• 4.6.5 系統(tǒng)光伏功率73-74
• 4.6.6 系統(tǒng)光伏效率74-75
• 4.6.7 系統(tǒng)光電光熱綜合性能75
• 4.7 本章小結(jié)75-77
• 5 光伏太陽能熱泵熱水器的經(jīng)濟性分析和環(huán)境效益評價77-89
• 5.1 經(jīng)濟性分析77-86
• 5.1.1 經(jīng)濟性分析評價指標77
• 5.1.2 經(jīng)濟性分析基本參數(shù)77-78
• 5.1.3 光伏太陽能熱泵熱水器78-80
• 5.1.4 直膨式太陽能熱泵熱水器80-82
• 5.1.5 鍋爐供熱水系統(tǒng)82-83
• 5.1.6 幾種系統(tǒng)熱經(jīng)濟性對比分析83-86
• 5.2 環(huán)境效益評價86-87
• 5.3 本章小結(jié)87-89
• 6 本文總結(jié)和工作展望89-92
• 6.1 本文總結(jié)和創(chuàng)新性89-90
• 6.2 研究工作展望90-92
• 致謝92-93
• 參考文獻93-97

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