基于新型導(dǎo)蓄熱材料的光伏光熱墻體實(shí)驗(yàn)研究

【摘要】：作為目前最有前景的太陽(yáng)能源利用技術(shù),太陽(yáng)能光伏光熱建筑一體化(BIPV/T)技術(shù)通過(guò)光伏光熱與建筑結(jié)構(gòu)有效結(jié)合,利用光伏發(fā)電的同時(shí)將照射在電池表面的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化的熱能加以利用,使其具有較高的綜合熱電效率,得到廣泛應(yīng)用。本文先對(duì)基于相變蓄熱原理的多孔復(fù)合材料進(jìn)行材料特性的實(shí)驗(yàn)研究,選取適宜的相變材料(PCM)與光伏電池元件、建筑構(gòu)件有機(jī)結(jié)合形成新型光伏光熱墻體系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)在不同構(gòu)造模式和不同工況條件下進(jìn)行熱電性能的對(duì)比測(cè)試,并分析找出效率變化規(guī)律,討論經(jīng)濟(jì)和節(jié)能效益,總結(jié)實(shí)驗(yàn)測(cè)試成果,并提出結(jié)構(gòu)裝置優(yōu)化的合理建議。根據(jù)光伏光熱模塊內(nèi)部有無(wú)填充相變材料將實(shí)驗(yàn)分為兩種構(gòu)造模式。構(gòu)造模式1：填充了以相變材料(GR52)和金屬屑(Al)混合而成的導(dǎo)蓄熱材料的新型光伏光熱墻體系統(tǒng)；構(gòu)造模式2：未填充相變材料只有金屬屑(Al)的新型光伏光熱墻體系統(tǒng)；通過(guò)調(diào)節(jié)模擬輻射強(qiáng)度和循環(huán)水流量來(lái)實(shí)現(xiàn)兩種構(gòu)造模式在不同工況下的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。通過(guò)掃描電鏡(SEM)觀察了三種相變材料(GR52、PK52、PX52)的微觀形貌及其高溫作用下發(fā)生的性質(zhì)變化；用差示掃描量熱儀(DSC)測(cè)試三種材料的相變溫度、潛熱值及熱容變化；分析測(cè)試結(jié)果,選取相變溫度較低且高溫相變前后性質(zhì)較穩(wěn)定的GR52作為新型光伏光熱模塊的填充材料進(jìn)行測(cè)試,分析其在提高光伏光熱效率的作用。從集熱和光電性能來(lái)看,添加了導(dǎo)蓄熱材料的新型光伏光熱墻體系統(tǒng)取得最大平均集熱效率和平均電效率為61.1%和7.8%(工況：模擬太陽(yáng)輻射強(qiáng)度900W/m2和循環(huán)流量6001/h),瞬時(shí)熱效率和電效率在相應(yīng)工況下取得最大值87.11%和13.2%,說(shuō)明系統(tǒng)的平均熱電效率與模擬太陽(yáng)輻射強(qiáng)度變化成正比,存在最優(yōu)流量使其達(dá)到最大值。未添加PCM的系統(tǒng)在相應(yīng)工況為300W/m2和2001/h下取得最大平均集熱效率和平均電效率為31.3%和4.6%,瞬時(shí)熱效率和電效率為46.67%和7.9%,其平均熱電效率與模擬太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和流量變化成反比。添加導(dǎo)蓄熱材料的新型光伏光熱墻體系統(tǒng)熱電綜合效率為68.9%,比無(wú)PCM系統(tǒng)的熱電綜合效率(35.9%)提高將近1倍。經(jīng)過(guò)對(duì)基于導(dǎo)蓄熱材料的新型光伏光熱墻體系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性分析,新型光伏光熱墻體系統(tǒng)雖然有較高的初期投資成本7945元/m2,但系統(tǒng)在8h的太陽(yáng)能模擬輻射強(qiáng)度下的日最大得熱量為5947KJ,加上系統(tǒng)日平均最大發(fā)電量為0.552KWh,可以為家庭熱水負(fù)荷節(jié)省約16%的電能。本系統(tǒng)動(dòng)態(tài)投資回收期為9.24年,在全壽命周期內(nèi)獲得投資凈收益折現(xiàn)值4399.96元,系統(tǒng)的熱電值在節(jié)能方面相當(dāng)于減少了4.14t標(biāo)準(zhǔn)煤,獲得節(jié)能效益為1721.91元,具有良好的經(jīng)濟(jì)和節(jié)能效益。 【關(guān)鍵詞】：相變材料(PCM) 光伏光熱 集熱效率 光電效率
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU18;TK519
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-23
• 1.1 課題來(lái)源12
• 1.2 研究背景及意義12-15
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-20
• 1.3.1 太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的應(yīng)用研究15-16
• 1.3.2 太陽(yáng)能光伏光熱建筑一體化系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用研究16-19
• 1.3.3 復(fù)合相變材料的發(fā)展與應(yīng)用研究19-20
• 1.4 存在的主要問(wèn)題20-21
• 1.5 本課題的研究?jī)?nèi)容21
• 1.6 關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題21-22
• 1.7 課題特色和創(chuàng)新性22-23
• 第二章 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及測(cè)試方案23-32
• 2.1 光伏光熱墻體的工作原理23-24
• 2.2 光伏光熱墻體的實(shí)驗(yàn)構(gòu)造及設(shè)計(jì)要求24-26
• 2.3 主要測(cè)試設(shè)備及儀器26-28
• 2.4 測(cè)試方案28-31
• 2.4.1 測(cè)點(diǎn)布置28
• 2.4.2 集熱性能測(cè)試步驟28-29
• 2.4.3 光電性能測(cè)試步驟29
• 2.4.4 測(cè)試工況29-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第三章 新型光伏光熱墻體性能測(cè)試分析32-69
• 3.1 復(fù)合相變材料的測(cè)試與分析32-41
• 3.1.1 測(cè)試目的、原理及步驟32-34
• 3.1.2 材料制備34-35
• 3.1.3 SEM圖像35-37
• 3.1.4 DSC圖像37-41
• 3.2 新型光伏光熱墻體系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試(一)41-54
• 3.2.1 集熱性能42-51
• 3.2.2 光電性能51-53
• 3.2.3 熱電綜合效率53-54
• 3.3 新型光伏光熱墻體系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試(二)54-66
• 3.3.1 集熱性能54-64
• 3.3.2 光電效率64-66
• 3.3.3 熱電綜合效率66
• 3.4 本章小結(jié)66-69
• 第四章 經(jīng)濟(jì)和節(jié)能效益分析69-78
• 4.1 系統(tǒng)效率對(duì)比分析69-70
• 4.2 經(jīng)濟(jì)性分析70-76
• 4.2.1 初期投資成本70-71
• 4.2.2 系統(tǒng)熱電負(fù)荷71-73
• 4.2.3 回收期73-76
• 4.3 節(jié)能性分析76
• 4.4 本章小結(jié)76-78
• 結(jié)論與建議78-81
• 結(jié)論78-80
• 建議80-81
• 參考文獻(xiàn)81-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文89-90
• 致謝90

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