热泵耦合聚光光伏光热热电联供系统的实验研究

摘要

热泵作为目前广泛使用的一种较为高效节能的供热装置，将其与太阳能低倍聚光光伏光热PV/T综合利用技术结合，则称为太阳能热泵。在必要的时候将热泵作为太阳能的辅助热源或替代热源，则可以达到弥补单一的太阳能热电联供系统不足的目的，具有非常广阔的应用前景。
　　本文以现有的低倍聚光PV/T组件和水源热泵为基础，以提高热水温度，提高光电效率为出发点，综合考虑不同环境工况对系统发电效率、热效率和cop的影响，提出一种低倍聚光式PV/T太阳能热泵系统，并对其进行了理论和实验研究，具体内容如下:
　　1)根据太阳辐射理论建立了地球辐照数学模型，模拟了每天（晴朗无云天气）的太阳辐射数值模型并描绘出曲线，与实际数值进行了对比，具有较高的吻合性。借助lighttools软件，进行接收面上光线分布的均匀程度的模拟，设计了一种具有较高光线分布均匀程度的WD-CPC聚光器，以提高光电光热效率。其聚光比为4，模拟得出WD-CPC的非均匀度为0.285。
　　2)设计了一种C-PV/T组件，并对其相关性能参数进行了测试，测试数据包括PV/T组件进出口水温、流量、发电功率、接收面总辐照等相关数据，计算出热效率和电效率，低倍聚光PV/T组件一天的平均电效率为10％，而一天中低倍聚光PV/T组件的平均热效率的数值为40％。
　　3)建立了C-PV/T系统的理论模型，设定了系统中各部分的参数，提出了系统性能的评价指标。模拟了PV/T集热器在白天的运行性能(28200s～61800s)，模拟结果显示:在北京市昌平区（东经116.23°、北纬40.22°），该系统可以供应面积为275.225m2的用户的全天供暖需求，并可以产生54.366kW·h的电能。
　　4)通过实验，对热泵系统变工况性能进行实验研究，得出热泵制热功率Qc、制冷功率Qe与PV/T光伏组件出口处的蓄水箱的实际出口水温Tpoto和用户端地板辐射采暖回水温度Tno的关系，通过曲线拟合，得出其均为近似一次函数关系。并实验验证了数值关系式的正确性。讨论了无PV/T组件出口水箱TA2的可行性（即Tsi=Tpo）。得到了在两种情况下的水箱TA1和水箱TA4的全天温度变化曲线。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 太阳能的利用

1．2．1 太阳能热利用技术

1．2．2 太阳能发电技术

1．2．3 聚光光伏光热综合利用技术

1．3 热泵技术和太阳能热泵

1．4 国内外研究现状

1．4．1 国外研究现状

1．4．2 国内研究现状

1．5 本文拟开展主要研究内容

第2章 太阳能聚光技术

2．1 太阳辐射理论

2．1．1 太阳位置

2．1．2 太阳能辐射强度

2．2 太阳能聚光器理论和聚光器

2．2．1 聚光器理论概述

2．2．2 复合抛物面聚光器(CPC)

2．2．3 优化均匀截取区间与WD-CPC(Well-distributed CPC)

2．2．4 WD-CPC的光线分布特点

2．3 本章小结

第3章 热泵耦合聚光光伏光热热电联供系统

3．1．2 低倍聚光PV/T组件性能测试

3．2 非直膨热泵采暖系统分类

3．3 C-PV/T太阳能热泵供暖系统模型

3．3．1 系统原理

3．3．2 系统各部分参数

3．3．3 系统各部分数学模型

3．3．4 评价指标

3．3．4 模拟结果和分析

3．4 本章小结

第4章 热泵系统变工况性质的实验研究

4．1 实验平台介绍

4．1．1 高温热源系统与低温热源系统

4．1．2 水源热泵系统

4．1．3 中储水箱系统

4．1．4 数据采集系统

4．2 实验内容和方法

4．2．1 实验目的

4．2．2 实验原理

4．3 实验方法及实验结果分析

4．3．1 Thi保持定值，Tsi的影响

4．3．2 Tsi保持定值，Thi影响

4．3．3 验证拟合函数式的正确性

4．3．4 探究无PV/T组件出口水箱TA2的可行性

4．4 晴天工况下系统的全日模拟

4．4．1 水箱TA1的全天温度曲线

4．4．2 水箱TA4的全天温度曲线

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢