光伏光热建筑一体化系统数值模拟研究

摘要

在建筑围护结构外表面上甫设光伏阵列提供电力，即光伏建筑一体化(BIPV)是现代太阳能发电应用的一种新概念。近年来该技术发展迅速，无论在光电转换效率，市场占有率还是在价格等方面都有新的突破，但是在光伏技术发展的这条道路上仍然存在许多障碍；距离该技术达到广泛运用和推广阶段还有很长的路要走。因为光伏电池的性能受电池工作温度影响，随着工作温度的上升而下降。如果直接将光伏电池铺设在建筑表面，将会使光伏电池在吸收太阳能的同时工作温度迅速上升，导致发电效率明显下降，所以如何保持光伏电池较低的工作温度以提高发电效率是BIPV系统应用的关键问题也是目前备受关注的研究领域。 本文对中国科技大学研究设计的光伏光热建筑一体化系统进行了数值模拟研究。该系统能够同时产生电力和热能，满足建筑的不同能耗需求。与光伏建筑一体化(BIPV)相比，能够提高光伏系统整体性能的光伏光热建筑一体化(BIPV/T)系统则是应用太阳能同时发电供热的更新概念。该系统在建筑维护结构外表面设置光伏光热组件或以光伏光热构件取代外围护结构，在提供电力的同时又能提供热水或实现室内采暖等功能，它较好的解决了光伏模块的冷却问题且增加了BIPV的多功能性。另外作为建筑的维护结构，BIPV/T系统还能够有效减低建筑外墙的得热，从而降低室内空调的冷负荷和冬季室内采暖负荷。这对于建筑节能和推广光伏光热建筑一体化提供了一种新的思路。 本文所做的工作：对一种新型太阳能光伏光热综合利用系统——光伏热水墙体的性能特性进行了数值模拟和分析研究。利用计算机模拟对系统的性能参数如电池覆盖率，系统运行质量流量以及流道尺寸等进行了优化设计和分析。 首先从适用于平板集热器的Hottel-Whillier模型出发，在原模型基础上进行了发展，使其能够满足新的物理模型的求解需要。 ◇运用光伏热水墙体数值模拟的非稳态数学模型，对系统电性能和热性能进行了数值模拟和分析。 ◇利用有限容积法进行了数值求解，得到了系统优化设计的性能参数，如最优流道设计，最优运行质量流量等，对BIPV/T系统的设计和运用具有一定的参考价值。

目录

摘 要

第一章绪论

第二章光伏建筑一体化与光伏光热建筑一体化

第三章设计及运行参数对系统光电光热性能的影响

第四章流道结构对盒型光伏集热器光电光热性能的影响

第五章全文小结

附录

发表论文情况及参加科研项目情况

致谢