聚光式PV/T热电联供系统的优化设计及性能分析

摘要

能源结构失衡、供需关系紧张是我国目前面临的主要能源问题，大力发展可再生能源势在必行。太阳能是一种资源丰富、分布广泛、环境友好的可再生能源，太阳能利用技术的研究引起了越来越多学者的重视。本文研究聚光式PV/T热电联供系统，对传统PV/T系统进行了优化，将复合抛物面聚光技术与光伏光热技术相结合，利用CPC的聚光原理使系统吸收更多的太阳辐照，提高了系统的经济性。本文设计了一种聚光式PV/T热电联供系统，建立了系统能量平衡模型，从理论层面对系统性能进行分析，提出了系统性能评价方法。之后，设计并搭建了系统实验平台，从实验角度研究系统性能，并结合理论结果进行误差分析。
　　本研究主要内容包括：⑴从能量和可用能的角度出发，对聚光式PV/T热电联供系统进行性能评估。引入(炯)效率的概念，改变了原有的PV/T系统评价体系只注重能量多少忽略能量品质的现状，更加全面地评价了系统性能的优劣。⑵建立聚光式PV/T热电联供系统能量平衡模型，并利用Matlab软件进行求解，从理论计算的角度对影响系统性能的各个因素进行研究分析。研究的因素包括太阳辐照强度、环境风速、环境温度、冷却水入口温度和流量。通过观察系统热效率和(炯)效率的变化趋势，为PV/T系统的实际应用提出若干建议。⑶实验条件下，系统热效率和(炯)效率随太阳辐照强度、冷却水流量的变化趋势与理论计算结果基本保持一致，误差主要表现为:第一，系统热效率和(炯)效率偏低;第二，太阳辐照强度增大时，系统总(炯)效率变化趋势的实验结果与理论分析不一致;第三，冷却水流量较大时，热(炯)效率和总(炯)效率变化幅度较小。⑷分析实验误差产生原因，本文认为：第一，热效率和(炯)效率偏低是工艺性较差导致的;第二，较差的工艺性会使得PV/T集热器传热热阻增大，导致出口水温偏低，电池温度偏高，热(炯)效率实际增幅偏小，电(炯)效率实际降幅偏大，所以太阳辐照强度增大时，理论上总(炯)效率缓慢升高，而实验中却缓慢降低，造成实验结果与理论分析不一致;第三，冷却水流量的实验不是在完全相同的外界条件下进行的，因此实际中环境温度、风速、太阳辐照强度较小的差别都有可能造成热(炯)效率和总(炯)效率的变化幅度偏小。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 太阳能利用技术

1．2．1 太阳能光伏技术

1．2．2 太阳能光热技术

1．2．3 太阳能光化技术

1．2．4 太阳能光伏光热技术

1．3 太阳能光伏光热技术国内外研究进展

1．3．1 国外研究进展

1．3．2 国内研究进展

1．4 本文主要研究内容

第2章 聚光式PV／T热电联供系统

2．1 复合抛物面聚光器

2．1．1 CPC聚光原理

2．1．2 CPC设计

2．2 PV／T热电联供系统

2．2．1 光电系统

2．2．2 光热系统

2．3 测控系统

2．3．1 测试系统

2．3．2 控制系统

2．3．3 测量仪表

2．4 本章小结

第3章 聚光式PV／T热电联供系统的性能分析

3．1 聚光式PV／T热电联供系统性能评价方法

3．1．1 基于热力学第一定律的评价方法

3．1．2 基于热力学第一定律的修正方法

3．1．3 基于热力学第二定律的评价方法

3．2 聚光式PV／T热电联供系统能量平衡模型

3．3 影响聚光式PV／T热电联供系统性能因素分析

3．3．1 太阳辐射强度对系统性能的影响

3．3．2 环境风速对系统性能的影响

3．3．3 环境温度对系统性能的影响

3．3．4 冷却水入口温度对系统性能的影响

3．3．5 冷却水流量对系统性能的影响

3．4 本章小结

第4章 聚光式PV／T热电联供系统的实验研究

4．1 实验系统设计

4．2 太阳辐照强度对系统性能影响的实验分析

4．3 冷却水流量对系统性能影响的实验分析

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 未来工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢