新型光伏光熱幕墻組件及系統(tǒng)性能研究

【摘要】：光伏建筑一體化(BIPV),是應(yīng)用太陽(yáng)能發(fā)電的一種新概念,而光伏幕墻屬于太陽(yáng)能光伏建筑一體化的重要應(yīng)用范圍,代表著國(guó)際上太陽(yáng)能建筑一體化技術(shù)的最近發(fā)展方向。但是,光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率隨著工作溫度的上升而下降,由于其發(fā)電效率較低,太陽(yáng)能并未得到充分利用。在光伏幕墻系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中,幕墻系統(tǒng)溫度高不僅會(huì)直接導(dǎo)致夏季室內(nèi)冷負(fù)荷高,浪費(fèi)能源,更會(huì)影響幕墻系統(tǒng)使用壽命。因此,若采用一種方法既能冷卻系統(tǒng)提高光伏幕墻的發(fā)電效率又能更加充分的利用太陽(yáng)能對(duì)太陽(yáng)能綜合利用技術(shù)的研究具有十分重大的意義。將微熱管陣列(MHPA)引入傳統(tǒng)的光伏幕墻,組成新型光伏光熱幕墻系統(tǒng),通過(guò)微熱管陣列高效傳熱的特性把光伏幕墻組件散發(fā)的熱量迅速傳遞到水槽中,再通過(guò)冷卻介質(zhì)循環(huán)以達(dá)到降低組件溫度,提高光伏光熱幕墻組件發(fā)電效率,同時(shí)把多余的熱量加以回收利用,從而實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供(PV/T)的目的。由于幕墻在建筑中作為墻體需具有透光功能,本課題考慮了透光形式和非透光兩種形式的幕墻組件,以兩種幕墻組件形式及其PV/T系統(tǒng)進(jìn)行研究:首先,對(duì)MHPA-BIPV/T幕墻系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。以8月份某天的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,透光PV/T幕墻組件全天平均光電效率為9.8%,透光PV幕墻組件全天平均電效率為9%,透光PV/T的發(fā)電效率比透光PV發(fā)電效率提高了9%;非透光PV/T全天平均效率為10.3%,非透光PV的全天平均電效率為9.9%,非透光PV/T的發(fā)電效率比非透光PV發(fā)電效率提高了4%。透光PV/T幕墻組件的日平均熱效率為47%,非透光PV/T幕墻組件的日平均熱效率為37%。透光幕墻系統(tǒng)的總效率平均值約為51%。非透光幕墻系統(tǒng)的總效率平均值約為39%。由此可見(jiàn)新型MHPA-BIPV/T幕墻系統(tǒng)極大的提高了太陽(yáng)能利用率。其次,建立MHPA-BIPV/T幕墻組件數(shù)值模型并驗(yàn)證。在Gambit軟件中,對(duì)計(jì)算區(qū)域生成網(wǎng)格,在水管換熱器處做加密處理,壓力—速度耦合方程采用SIMPLE算法;動(dòng)量、能量、湍流方程采用二階迎風(fēng)格式。再次,以實(shí)際光伏光熱幕墻案例進(jìn)行性能模擬分析。將新型MHPA-BIPA/T組件應(yīng)用到珠海興業(yè)實(shí)際工程中,與實(shí)際工程中帶空氣流道幕墻系統(tǒng)和封閉流道幕墻系統(tǒng)數(shù)值模型和新型MHPA-BIPV/T幕墻系統(tǒng)模型進(jìn)行模擬比較,可知新型MHPA-BIPV/T幕墻系統(tǒng)平均發(fā)電效率為3.4%,帶空氣流道的幕墻系統(tǒng)的平均發(fā)電效率約為3.05%;封閉流道的幕墻系統(tǒng)平均發(fā)電效率約為2.9%,新型MHPA-BIPV/T幕墻系統(tǒng)平均發(fā)電效率比帶空氣流道的系統(tǒng)高約11.5%,比封閉系統(tǒng)高約17.2%,可見(jiàn)發(fā)電效率的提升非常顯著。最后,對(duì)新型MHPA-BIPV/T幕墻系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)改變冷卻介質(zhì)循環(huán)流道的入口溫度和系統(tǒng)串聯(lián)的組件個(gè)數(shù)對(duì)幕墻系統(tǒng)加以分析,得出新型MHPA-BIPV/T幕墻系統(tǒng)的發(fā)電效率隨著冷卻介質(zhì)入口溫度的增大而減小,并且隨著系統(tǒng)串聯(lián)的組件個(gè)數(shù)增加,系統(tǒng)的平均發(fā)電效率也減小。 【關(guān)鍵詞】：新能源 熱電聯(lián)產(chǎn) 光伏光熱幕墻 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TU18

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