太阳能热电一体化墙体实验研究

【摘要】：面临着化石能源枯竭和环境污染的危机，鉴于太阳能资源丰富、清洁无污染和热电制冷技术体积小、无需制冷剂的优点，本文结合太阳能光伏发电技术和热电制冷技术，提出了一种新型太阳能热电一体化墙体系统。该系统利用太阳能电池板产生的直流电直接驱动热电制冷模块工作，进而通过辐射板将冷量或者热量辐射至室内，可以满足建筑物夏季制冷和冬季供暖的双重需求。 由于热电制冷模块通常在最大制冷量或最大制冷系数设计状态下稳定工作；而在太阳能热电一体化墙体系统中，太阳能电池板的瞬时输出功率值随着太阳辐照度的变化而不断波动，导致热电制冷模块处于不稳定的非设计工况下运行。为此，本文首先利用直流电源代替太阳能电池板模拟输出不断变化的电压电流值，对热电制冷模块在非设计工况下的性能进行实验研究。实验结果表明，热电制冷模块制冷速度快，抗干扰能力强；当工作电压电流不断变化时，仍然能够保持稳定的工作性能。实验条件下热电制冷模块的最佳工作电压区间为4~6V，因为此时对应的制冷量最大、制冷效率也较合适。由于热电制冷模块的制热效率值平均高于制冷效率值约0.8，所以我们可以充分利用其制热效率高的特点。 本文主要针对太阳能热电一体化墙体系统的制冷隔热性能进行了测试研究，分析了太阳能电池板倾斜角度和太阳辐照度对墙体系统性能的影响，比较了太阳能热电一体化墙体系统与传统砖墙的制冷隔热效果。实验结果表明，当外接负载的耗电功率与太阳能电池板的输出功率匹配性较好时，太阳能电池板的转换效率更高。25度倾斜角时，太阳能电池板的转换效率和热电制冷模块的制冷量均最高，也说明此时太阳能热电一体化墙体系统的制冷隔热性能最好。太阳辐照度越强，太阳能电池板的输出功率越大，热电制冷模块的制冷量越多，太阳能热电一体化墙体系统的制冷隔热性能越好。与传统砖墙结构相比，太阳能热电一体化墙体的辐射铝板温度平均低于室外砖墙温度15~17℃、低于室内砖墙温度6~8℃。由此可见，太阳能热电一体化墙体系统比传统砖墙的制冷隔热效果更好，不仅能有效阻隔热量由室外传至室内，同时还能向室内提供一定冷量，降低夏季空调能耗。 【关键词】：太阳能电池板 热电制冷模块 制冷效率 制冷隔热性能
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU18
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 太阳能技术12-19
• 1.1.1 太阳能利用方式12-13
• 1.1.2 太阳能光热利用的研究与应用13-17
• 1.1.3 太阳能光电利用的研究与应用17-19
• 1.2 热电制冷技术19-22
• 1.2.1 热电制冷的发展历史19-20
• 1.2.2 热电制冷的应用20-22
• 1.3 太阳能热电制冷技术的应用22-23
• 1.4 课题来源及本文主要内容23-25
• 第2章 太阳能热电制冷技术原理25-36
• 2.1 太阳能电池基本特性25-28
• 2.2 热电制冷基本原理28-36
• 2.2.1 热电效应28-31
• 2.2.2 热电制冷量计算分析31-33
• 2.2.3 热电制冷的设计工作状态33-36
• 第3章 太阳能热电一体化墙体系统工作原理和组成36-49
• 3.1 太阳能热电一体化墙体系统工作原理36-39
• 3.2 太阳能热电一体化墙体系统组成39-49
• 3.2.1 太阳能光伏电池39-40
• 3.2.2 热电制冷元件40-43
• 3.2.3 散热部件43-45
• 3.2.4 数据采集系统45-47
• 3.2.5 辅助设备47-49
• 第4章 热电制冷元件在非设计工况下的性能测试49-58
• 4.1 实验模型和实验方案49-51
• 4.1.1 实验模型49-50
• 4.1.2 实验方案50-51
• 4.2 不同非设计工况下性能分析51-57
• 4.2.1 连续长时间工作时性能51-52
• 4.2.2 电压连续跳跃变化时性能52-54
• 4.2.3 电压依次增大时性能54-57
• 4.3 实验性能与出厂标定参数比较57
• 4.4 本章小结57-58
• 第5章 太阳能热电一体化墙体系统实验研究58-71
• 5.1 实验平台及测试方案58-62
• 5.1.1 实验平台59-61
• 5.1.2 测试方法61
• 5.1.3 测试内容61-62
• 5.2 两种组合方式的比较62-63
• 5.3 制冷实验结果及分析63-69
• 5.3.1 倾斜角度对墙体系统制冷隔热性能的影响63-65
• 5.3.2 太阳辐照度对墙体系统制冷隔热性能的影响65-67
• 5.3.3 新型墙体系统与传统砖墙隔热效果比较67-69
• 5.4 本章小结69-71
• 结论与展望71-73
• 参考文献73-79
• 致谢79-80
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录80

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