基于焓-熵-㶲平衡的无盖板PV/T系统热力学分析与优化

摘要

光伏全覆盖的无盖板光伏/热(PV/T)系统结构简单,电性能优异而热效率偏低,有关其能量损失的研究还少有涉及。本文基于热力学第一、第二定律分别建立无盖板PV/T的能量平衡方程,搭建实验平台开展系统在不同温度、流量工况下的性能测试,结合电池温度曲线验证工质的冷却效果,并从焓-熵-㶲的角度对系统的热力学特性进行分析。研究发现,水冷通道提升了光伏组件的效率和温度场的均匀性,同时缩短水集热过程的时间将有助于系统节能和增加能量收益;环境温度是影响PV/T系统热效率、热㶲效率以及热损失率的重要因素,电效率则受流量变化的影响更为明显。测试条件下,无盖板PV/T系统的电、热、综合效率的最大值分别为17.36%、25.37%、70.12%,较高的电效率保证了能量收集的品质,而热水收集温度可以通过调节流量大小以满足生活需求。增大流量能够提高PV/T系统的㶲效率,结合水泵运行的优化方案可进一步提升系统的经济性;系统熵增与㶲效率呈负相关性,随流量的增大呈降低的趋势。数据显示,流量0.06kg/s时PV/T的㶲效率达到最大值19.05%,对应的熵为最小值0.0191kW·h/K。