复合抛物面聚光型太阳能电热联用系统性能实验

【摘要】： 太阳能的电热联用(PV/T)是将太阳电池组件和太阳能集热器结合起来,太阳电池组件作为集热器的吸热体,同时将太阳能转化为电能和热能,以提高太阳能总利用效率的综合利用系统。聚光型PV/T系统在典型的PV/T系统基础上安装了聚光装置,将太阳光聚集到太阳电池组件上以提高太阳辐射强度、增加电池组件的输出功率和集热器的热功率。迄今为止,聚光型PV/T系统研究中加入的聚光器多为需要跟踪的菲涅尔透镜或抛物面反射镜等,对无需跟踪、制造成本低廉的平面镜单元类复合抛物面(CPC)聚光器和结合内置流道式集热器的聚光型PV/T系统研究较少。 本文根据以往研究成果,设计并制造出了一种平面镜单元类CPC聚光器和内置流道式铝板集热器,将单晶硅太阳电池板粘贴于集热器上构成PV/T集热器,并将其放置于聚光器支架上形成整个聚光型PV/T系统,理论分析和实验研究其聚光及光电和光热转换性能,得到以下主要结果: ①实验测得电池板短路电流与太阳辐射强度成正比,电池板温度变化对其影响不大;开路电压与太阳辐射强度的对数成正比,与电池板温度成反比,电池板开路电压温度系数为-0.0144V/K; ②聚光器接收面宽度方向上光强分布不均,实际聚光比基本在接收面的中心位置达到最高,并依次往两边下降,边缘处最低。由此提出聚光型PV/T系统的集热器设计应充分考虑聚光均匀性等问题,改进其设计以更好的达到冷却电池板和集热的效果; ③集热器在体积流量V 15L/h时离进口较近处流道内水流短路严重,影响集热器温度分布的均匀。据此将适合实验的流量范围定为V =10L/h~15L/h; ④聚光使电池板的功率输出有很大提高,虽然电效率与辐射强度变化趋势相反,但对实际使用影响不大。电池板温度升高引起输出功率和效率的急剧下降,其影响要大于辐射强度的变化,因此尽可能降低电池板的工作温度以提高电池板的输出功率比采用成本较高的聚光器综合成本效益更高; ⑤集热器中通水冷却对电池板温度的降低和整体性能提升作用显著,在适合实验的流量范围内,系统的综合效率随着流量的增加而增加,当V =15L/h时,综合效率达到实验测试中的最大值0.793。 【关键词】：太阳能 电热联用系统 集热器 聚光器
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 1 绪论13-38
• 1.1 引言13
• 1.2 太阳能光伏发电技术概述及发展趋势13-18
• 1.2.1 单晶硅太阳电池14-15
• 1.2.2 多晶硅太阳电池15
• 1.2.3 薄膜太阳电池15-17
• 1.2.4 第三代太阳电池17-18
• 1.2.5 发展趋势18
• 1.3 太阳能热利用技术概述及发展趋势18-22
• 1.3.1 太阳能集热器18-21
• 1.3.2 太阳能热发电技术21-22
• 1.3.3 发展趋势22
• 1.4 聚光型PV/T 系统概述22-32
• 1.4.1 聚光装置23-26
• 1.4.2 PV/T 集热器26-30
• 1.4.3 PV/T 系统的研究30-32
• 1.5 聚光型PV/T 系统的研究、应用现状及发展方向32-36
• 1.5.1 理论研究32-33
• 1.5.2 实验研究33-34
• 1.5.3 应用现状34-35
• 1.5.4 发展方向35-36
• 1.6 本文主要工作36-38
• 2 CPC 型PV/T 系统理论分析和实验设计38-68
• 2.1 理论分析38-49
• 2.1.1 太阳电池工作原理和特性分析38-42
• 2.1.2 太阳辐射强度和电池板温度变化对电池性能的影响42-44
• 2.1.3 复合抛物面聚光器（CPC）聚光原理分析44-48
• 2.1.4 平板集热器和PV/T 系统的性能评价指标48-49
• 2.2 实验设计49-66
• 2.2.1 聚光器设计50-52
• 2.2.2 PV/T 集热器设计52-55
• 2.2.3 实验装置设计和传热分析55-60
• 2.2.4 测试内容和实验安排60-64
• 2.2.5 实验误差分析64-66
• 2.3 本章小结66-68
• 3 实验结果与讨论68-88
• 3.1 太阳能电池板性能测试68-72
• 3.1.1 I-V 特性曲线68-69
• 3.1.2 I_(SC) 和VOC 随辐射强度和温度变化特性69-72
• 3.2 聚光器性能测试72-75
• 3.2.1 接收面宽度方向上聚光均匀性72-74
• 3.2.2 实际最大聚光比和镜面单元数的关系74-75
• 3.3 集热器性能测试和水流动数值模拟75-82
• 3.3.1 集热器上表面温度随辐射强度变化75-77
• 3.3.2 流道内水流动模拟77-82
• 3.4 聚光型PV/T 系统整体性能测试82-86
• 3.4.1 电性能随辐射强度和温度变化特性82-85
• 3.4.2 系统整体性能85-86
• 3.5 本章小结86-88
• 4 结论与课题展望88-90
• 4.1 本文的主要结论88-89
• 4.2 课题展望89-90
• 致谢90-91
• 参考文献91-98
• 附录98-100

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