平板型光电光热组件集热性能优化及其在住宅屋顶运用方案研究

摘要

太阳能为绿色低碳的可再生能源，可进行光电转换和光热转换;将其运用于住宅建筑上，可满足住宅建筑用电与用热需求。因此太阳能光电光热(PV/T)组件及其在住宅屋顶的运用有利于建筑的可持续发展。在PV/T组件中，光伏模块受温度影响大，水泵驱动集热介质流动要消耗电能，因此本论文主要研究组件集热器温度分布和压降，对PV/T组件集热性能进行优化;优化后的PV/T组件运用于住宅屋顶，研究住宅屋顶PV/T系统运用方案，实现太阳能在住宅建筑中的高效综合利用。
　　首先，通过文献调研国内外PV/T研究发展现状，总结PV/T组件温度均匀性、PV/T组件集热器压力分布和PV/T系统运用等方面存在研究不足。
　　其次，研究PV/T组件性能参数基础理论。研究电池温度对电池输出特性影响，PV/T组件传热特性，不同集热管布置形式压降特性。针对目前PV/T评价方法只考虑发电效率和集热效率的局限性，提出综合考虑发电效率、集热效率、集热器水泵功耗、组件温度均匀性的评价方法。
　　再次，对PV/T组件集热器进行结构优化，设计了蛇形串联、折回蛇形串联、双螺旋串联、并联、2模块串并联、4模块串并联、8模块串并联多种不同管间距的集热器。选取管间距为24mm的蛇形串联集热器进行理论计算与数值模拟，对比结果表明其值在合理范围内。对其它集热器进行不同流速的性能模拟，模拟结果表明，串并联形式集热器压降较小且集热器温度较均匀。对8模块串并联集热器进口管进行绝热模拟，模拟结果表明:与进口管非绝热比较，其温度均匀性得到较大改善。
　　另外，进行PV/T组件在住宅屋顶运用方案研究。模拟多组件连接时的温度分布和压力分布;当进入组件集热器的集热介质流量和温度相同时，单个组件集热器温度均匀且组件间温度分布近似;在压力分布模拟上，由于多组件集热器连接时模型过大，使用单个组件集热器压力等效的方法分别模拟4、8、16、32、64PV/T组件对称式并联连接的压降，4、8、11、44PV/T组件同程式并联连接时的压降。
　　最后，提出PV/T系统在住宅屋顶运用建议:建议住宅屋顶PV/T系统选用大扬程小流量水泵驱动集热介质;建议PV/T系统电能与储能系统联合工作，以满足建筑用电需求;建议PV/T系统热能与建筑热水、采暖、动力驱动制冷联合使用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．1．1 可再生能源利用与绿色建筑发展

1．1．2 太阳能在建筑中的运用

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外PV／T系统研究发展现状

1．2．2 国内PV／T系统研究发展现状

1．2．3 研究存在的问题与不足

1．3 研究内容及目标

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究目标

1．4 研究的主要方法和技术路线

1．4．1 研究的主要方法

1．4．2 论文的技术路线

第2章 平板型PV／T组件性能参数基础理论分析

2．1 平板型PV／T组件光电转换及电池温度对转换效率影响分析

2．2 平板型PV／T组件传热分析

2．3 平板型PV／T组件集热管压降分析

2．4 平板型PV／T组件综合性能的评价方法

2．5 小结

第3章 平板型PV／T组件集热器结构设计与数值模拟

3．1 数值模拟基础理论

3．2 平板型PV／T组件集热器结构设计

3．3 平板型PV／T组件集热性能数值模拟

3．4 平板型PV／T组件数值模拟结果分析与综合性能评价

3．5 小结

第4章 平板型PV／T组件在住宅屋顶运用方案研究

4．1 住宅屋顶基本形式与屋顶PV／T系统

4．1．1 住宅屋顶基本形式

4．1．2 住宅屋顶PV／T系统

4．2 平板型PV／T组件在屋顶对称式连接温度与压降分析

4．3 平板型PV／T组件在住宅屋顶同程式连接温度与压降分析

4．4 屋顶PV／T系统水泵选型及运用推广可行性分析

4．5 小结

5．1 研究总结

5．2 本论文的特色与创新之处

5．3 不足之处

5．4 进一步研究方向

致谢

参考文献

附录