聚光型太陽能電熱聯(lián)用系統(tǒng)性能的數(shù)值模擬

【摘要】： 太陽能電熱聯(lián)用(PV/T)系統(tǒng),把光伏組件與太陽能集熱器組合在一起,同時提供電能和熱能,提高了太陽能的總利用效率。與分離的光伏系統(tǒng)和集熱系統(tǒng)相比,太陽能電熱聯(lián)用裝置可以共用一些組件、降低系統(tǒng)成本、減少安裝面積、而且僅有一種組件在外觀上是可見的,有利于建筑美觀,更加有效的利用了太陽能。迄今為止,對PV/T聯(lián)用系統(tǒng)的研究集中在集熱器上,主要是管板式和流道式集熱器,而流道式集熱器又以單流程直通道為主,對于多流程流道式集熱器以及自然循環(huán)水系統(tǒng)的研究開展的較少。 本文首先建立多流程蛇形流道式集熱器的三維穩(wěn)態(tài)模型,模擬聚光比、操作參數(shù)以及外部條件變化對集熱器性能的影響。得出以下結論: ①集熱器流體的出口溫度隨冷卻流體質量通量的增加而減小,熱電效率隨質量通量的增加而增大,電池板表面的溫度梯度隨質量通量的增加而減小,流動阻力隨質量通量的增加而增加。對于本文蛇形流道式集熱器來說,冷卻流體質量通量M=40kg/m2·s為最優(yōu)值,它既能保證集熱器的熱效率和電效率在較高的范圍,又能使流動阻力損失保持在較低水平; ②采用聚光方法會使電效率下降,熱效率上升,能量利用總效率略有降低,但聚光方法在增加少許成本的基礎上能大幅度提高系統(tǒng)總產出; ③環(huán)境風速的增加會顯著降低集熱器的熱效率,對其電效率影響甚微;加蓋玻璃蓋板能提高集熱器出口水溫和熱效率,對電效率的影響很小。然后,建立了電熱聯(lián)用自然循環(huán)水系統(tǒng)二維動態(tài)模型,模擬了晴天和多云兩種天氣條件下,系統(tǒng)性能隨太陽輻射強度的變化情況。結果發(fā)現(xiàn): ①輸出電功隨太陽日輻射量的變化而變化,輻射增強,輸出電功增加,輻射減弱,輸出電功減少。系統(tǒng)水溫則隨著日太陽輻射量的增加而升高。系統(tǒng)的熱電效率都隨日太陽輻射量的增加而下降; ②水溫和輸出電功的年變化趨勢與太陽輻射強度的變化趨勢相同;電效率的年變化趨勢與輻射強度的年變化趨勢相反,年均值在10%以上;熱效率受輻射強度和輻射分布情況的共同影響,年均值在40%以上; ③晴天條件下,系統(tǒng)日電產出大于464.4Wh/m2。一年中有6個月,水箱的水溫在50℃以上,基本達到生活用熱水溫度; ④多云情況下,太陽輻射瞬時變化較大,系統(tǒng)的輸出電功也隨之波動,但水溫和熱電效率的瞬時變化不明顯。 最后,根據(jù)PV/T集熱器和自然循環(huán)水系統(tǒng)的模擬結果,提出戶用型PV/T聯(lián)用系統(tǒng)設計方法,結合用戶熱電需求,設計一套PV/T聯(lián)用系統(tǒng),并對其性能進行了評價。 【關鍵詞】：太陽能 電熱聯(lián)用系統(tǒng) 數(shù)值模擬 集熱器
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 緒論12-32
• 1.1 引言12-13
• 1.2 太陽能發(fā)電技術13-15
• 1.2.1 太陽能電池材料13-15
• 1.2.2 太陽能光伏系統(tǒng)分類15
• 1.3 太陽能光電轉換原理15-21
• 1.3.1 半導體材料性質15-17
• 1.3.2 p-n 結的形成和熱平衡狀態(tài)17-18
• 1.3.3 p-n 結的光生伏特效應18-19
• 1.3.4 太陽電池的光伏特性19-21
• 1.3.5 溫度對太陽電池轉化效率的影響21
• 1.4 太陽能電熱聯(lián)用系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀21-30
• 1.4.1 PV/T 集熱器數(shù)值研究22-25
• 1.4.2 PV/T 集熱器實驗研究25-27
• 1.4.3 太陽能聚光器27-30
• 1.5 本課題的研究內容及目標30-32
• 2 電熱聯(lián)用集熱器性能分析32-51
• 2.1 概述32
• 2.2 集熱器的結構32-34
• 2.3 物理模型34-36
• 2.4 控制方程36-38
• 2.5 數(shù)值計算方法38-41
• 2.5.1 網(wǎng)格劃分和無關性檢驗38-40
• 2.5.2 自定義光電轉換過程40
• 2.5.3 求解控制40-41
• 2.5.4 收斂判定41
• 2.6 結果分析41-50
• 2.6.1 質量通量41-44
• 2.6.2 蛇形通道內的流動和阻力性能44-46
• 2.6.3 聚光比46-47
• 2.6.4 環(huán)境風速47-48
• 2.6.5 玻璃蓋板48-50
• 2.7 本章小結50-51
• 3 自然循環(huán)水系統(tǒng)動態(tài)性能分析51-68
• 3.1 概述51
• 3.2 系統(tǒng)的結構及原理51-52
• 3.3 數(shù)學模型52-53
• 3.4 數(shù)值計算方法53-54
• 3.4.1 網(wǎng)格劃分與無關性檢驗53-54
• 3.4.2 自定義函數(shù)54
• 3.4.3 求解控制54
• 3.5 晴天情況下系統(tǒng)的性能54-63
• 3.5.1 日太陽輻射變化對系統(tǒng)性能的影響55-60
• 3.5.2 年太陽輻射變化對系統(tǒng)性能的影響60-61
• 3.5.3 系統(tǒng)的溫度和速度分布61-63
• 3.6 多云天氣情況下系統(tǒng)的性能63-67
• 3.6.1 日太陽輻射對系統(tǒng)性能的影響63-65
• 3.6.2 年太陽輻射對系統(tǒng)性能的影響65-67
• 3.7 本章小結67-68
• 4 戶用型電熱聯(lián)用系統(tǒng)設計68-73
• 4.1 概述68
• 4.2 系統(tǒng)設計方法68-70
• 4.2.1 系統(tǒng)設計原則68-69
• 4.2.2 系統(tǒng)設計步驟及要確定的參數(shù)69-70
• 4.3 設計實例70-71
• 4.3.1 確定PV/T 集熱器傾角70
• 4.3.2 計算PV/T 集熱器面積70
• 4.3.3 蓄電池容量的選擇70-71
• 4.3.4 確定水箱容積71
• 4.4 系統(tǒng)性能評價71-73
• 5 結論及后續(xù)工作建議73-75
• 5.1 結論73-74
• 5.2 后續(xù)工作建議74-75
• 致謝75-76
• 參考文獻76-80
• 附錄80-85
• 附錄A 作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表論文情況80
• 附錄B 自定義函數(shù)180-81
• 附錄C 自定義函數(shù)281-85

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