中國(guó)北方地區(qū)光伏/光熱系統(tǒng)的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

【摘要】：為了解決環(huán)境破壞與自然資源短缺的問題,中國(guó)如今已正在大力促進(jìn)了可再生能源的發(fā)展。近年來,太陽能熱水器已在國(guó)內(nèi)得了廣泛應(yīng)用,與太陽能光電池技術(shù)正在引起了越來越大的關(guān)注。太陽能光伏光熱一體化系統(tǒng)整合了太陽能電池和集熱器技術(shù),為了能夠同時(shí)產(chǎn)生電能和熱量。與并排處境分列的太陽能電池和集熱器相比,PVT系統(tǒng)有不少的優(yōu)勢(shì),如更多有效利用單位面積的產(chǎn)生能量,較低的生產(chǎn)與安裝成本,而且看來也有了整齊劃一的外觀等。考慮到最近城市化引起的空間限制,PVT技術(shù)在中國(guó)看來是一個(gè)很有潛力的技術(shù)。 本課題的目的就是研究PVT技術(shù)用于在中國(guó)北方地區(qū)的可能性。研究中利用一個(gè)無蓋版管板式PVT集熱器系統(tǒng),于2009年11月-2010年8月進(jìn)行了戶外測(cè)試,在北京氣候條件下探索了系統(tǒng)的熱與電性能。為了避免在最冷溫度的情況下結(jié)冰現(xiàn)象,用了丙二醇/水混合液當(dāng)做冷卻液。研究根據(jù)獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,采用折扣現(xiàn)金流的方法對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析和影響因素的敏感度分析,研究了政府財(cái)政補(bǔ)貼,能源價(jià)格,光伏板成本,光電轉(zhuǎn)換率等某些因素對(duì)PVT系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性的影響。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,氣候條件與冷卻液的初始溫度對(duì)系統(tǒng)性能有較大影響。系統(tǒng)的日平均熱和電效率變化分別為27-75%和5-11%。在冷卻液溫度較低的情況下,冬季的熱效率相對(duì)較高。電效率在電池板平均溫度接近28°C時(shí)可以得到提高,但系統(tǒng)電性能在低溫下并不穩(wěn)定。如果用于家庭供熱水,該P(yáng)VT系統(tǒng)每年能大約產(chǎn)生790.66kWh熱量與100.32kWh電。研究發(fā)現(xiàn),該系統(tǒng)產(chǎn)生的電量比文獻(xiàn)中的相應(yīng)數(shù)值低。這主要是因?yàn)樵撓到y(tǒng)的電池板轉(zhuǎn)換率偏低造成的。 經(jīng)濟(jì)分析表明,如果用于家庭供熱水,根據(jù)目前國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)與能源價(jià)格,該系統(tǒng)的投資回收期大約為一百多年,表明它在經(jīng)濟(jì)性上不會(huì)有吸引力。這一結(jié)果與以前研究PVT經(jīng)濟(jì)性的文獻(xiàn)中的報(bào)道完全不同。這固然是因?yàn)楸本┑奶柲芾脷夂驐l件比其他低緯度地區(qū)差,如地中海地區(qū),但主要原因是中國(guó)的能源價(jià)格比其他國(guó)家低很多,而且,其他研究中沒有全面考慮系統(tǒng)部件如電池、水泵、丙二醇的未來取代成本,造成經(jīng)濟(jì)性分析過于樂觀。敏感度分析表明,比系統(tǒng)全部現(xiàn)行成本相比,該系統(tǒng)通過節(jié)約能源所帶來的收益對(duì)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性具有更大的影響。在能改善系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性因素之中,天然氣價(jià)格的影響最大。同時(shí)分析中也發(fā)現(xiàn),沒有一個(gè)因素能單獨(dú)使得該系統(tǒng)成為經(jīng)濟(jì)可行,系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的根本改變只能依靠一系列因素的共同作用。 考慮到能源價(jià)格的不斷上漲和各級(jí)政府對(duì)太陽能項(xiàng)目的財(cái)政鼓勵(lì),包括財(cái)政補(bǔ)貼,稅收減免,上網(wǎng)電價(jià)政策等,以及科技的進(jìn)步使光伏電池和集熱器的成本不斷下降,在不遠(yuǎn)的將來,PVT光伏光熱一體化系統(tǒng)在中國(guó)有可能成為一種經(jīng)濟(jì)上可行的技術(shù)。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 光伏光熱一體化系統(tǒng) 經(jīng)濟(jì)分析
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TK511;F426.6
【目錄】：

• Abstract3-4
• 摘要4-10
• 1. Introduction10-39
• 1.1. Context10-11
• 1.2. PV/T concepts and technology11-19
• 1.2.1. What is a PV/T system and why has it been designed?11-12
• 1.2.2. PV/T design concepts12-16
• 1.2.3. Applications16-19
• 1.3. State-of-the-art of PV/T technology19-37
• 1.3.1. History and statistics19-20
• 1.3.2. Purpose of the research20-21
• 1.3.3. Theoretical and numerical research21
• 1.3.4. Computational simulations21-22
• 1.3.5. Experimental work22-29
• 1.3.6. Economic studies29-34
• 1.3.7. Main conclusions34-36
• 1.3.8. Commercial development36
• 1.3.9. Further R&D aspects for PV/T systems36-37
• 1.4. Purpose of the present thesis37-39
• 2. Technical performance evaluation39-56
• 2.1. Description of the experimental rig and measurement system39-45
• 2.1.1. Description of the experimental rig39-40
• 2.1.2. Description of the data acquisition system40
• 2.1.3. Restoration work40-43
• 2.1.4. Modifications for freeze prevention43-45
• 2.2. Experimental conditions45-46
• 2.3. Issues encountered46-47
• 2.4. Experimental results and discussion47-55
• 2.4.1. Climatic conditions of Beijing47-48
• 2.4.2. Thermal performances48-49
• 2.4.3. Electrical performances49-52
• 2.4.4. Energy production for domestic hot water production52-55
• 2.5. Main conclusions55-56
• 3. Economic evaluation56-67
• 3.1. Method and formulas56-57
• 3.1.1. Present worth56
• 3.1.2. Equal-payment-series present worth factor56-57
• 3.1.3. Equivalence under inflation57
• 3.2. Economic evaluation of the system57-66
• 3.2.1. Reference case assumptions57-58
• 3.2.2. Estimation of the present costs of the system58-59
• 3.2.3. Estimation of the annual savings59-60
• 3.2.4. Calculation of the cost payback time and discussion60-61
• 3.2.5. Discussion and comparison with previous economic studies61-66
• 3.5. Main conclusions66-67
• 4. Sensitivity analysis67-74
• 4.1. Influence of the present costs67-70
• 4.1.1. Influence of the replacement costs67-68
• 4.1.2. Influence of government financial incentives68
• 4.1.3. Sensitivity to the PV module costs68-69
• 4.1.4. Sensitivity to the frequency of components replacements69-70
• 4.2. Influence of the annual savings70-72
• 4.2.1. Sensitivity to the energy prices70-71
• 4.2.2. Sensitivity to the PV cells efficiency71-72
• 4.3. Combination of parameters72
• 4.4. Main conclusions and suggestions72-74
• 5. Conclusions and recommendations74-76
• 5.1. Conclusions74
• 5.2. Recommendations for a future work74-76
• References76-81
• Acknowledgments81-82
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果82-83
• Appendix A: Calculation of the pumping power required to circulate the fluid through the system:83-85
• Appendix B: Uncertainties in the experimental measurements85-87
• Appendix C: Calculation of the batteries capacity87

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