一种透明光伏组件与平板集热器耦合为一体的PV/T系统性能研究

【摘要】：普通太阳电池的光电效率为10%—20%左右，而未被转变为电能的入射太阳辐射（80%—90%）除了少部分被反射回去外，其余将被转变为热能及透射辐射散失掉，充分利用光伏发电过程中剩余的热能和透射热将有助于提高整个系统在单位面积上对太阳能的综合利用率。因此，把光伏和集热板集成一体构成光电光热（PV/T）系统，具有重要的意义。 本文设计制作了一套PV/T系统，将透明光伏组件与常规平板集热器耦合为一体，并阐述了太阳能光伏、光热利用的原理和特点，分析了目前国内外太阳能光伏光热系统的发展水平和利用现状，并对此作了综述。 对制作好的PV/T复合系统、独立光伏系统及常规平板太阳能热水系统，在昆明地区的太阳辐射情况下进行实验研究。测试结果表明，制作的PV/T复合系统的平均电效率、热效率、综合效率分别在13.2%、44%、54.2%左右；测试还表明初始水温越低、系统的产水量越多及热损失越小，PV/T系统的光电光热综合性能越高。 PV/T系统电特性与独立光伏系统对比，结果表明，PV/T系统电特性较独立光伏系统有0.2%的降低，出现这种现象的原因在于，透明光伏组件背后的热量没有及时被集热板吸收，致使透明光伏组件的温度升高，电效率有所下降。 PV/T系统热性能与常规平板太阳能热水系统对比，结果表明，PV/T系统的热效率比平板太阳能热水器的低30%左右。其原因在于：一方面，由于透明光伏组件与吸热板之间存在空气层，且热阻较大，传热有效性受到限制，致使总体的效率不高；另一方面，由于太阳电池的遮挡导致透光率较低(仅0.37)，直接辐射到集热板上产生的热量少；此外，还可能与透明光伏组件电池片的排布有关。 对PV/T系统的传热进行了分析，分析了光伏电池覆盖率及空气夹层间距对系统热性能的影响，当降低光伏电池覆盖率为0.33时，此时PV/T系统的较电池覆盖率为0.63的PV/T系统平均水箱水温由原来的45.3℃提升到51.4℃，日有用得热量由5.56MJ增加到7.80MJ，日效率由34.18%提高到45.82%，提高11.64%，电效率由13.03%增加到13.16%，增加0.13%。电池覆盖率降低后水箱水温及日得量都可以达到家用太阳热水系统热性能试验要求，表明透明光伏组件与常规平板集热器直接耦合为一体的PV/T系统此种设计方案是可行的。此外，还对透明组件与集热器空气夹层之间的间距进行了分析。 该系统可用于城市工业和企业园区、住宅小区、医院社区等，尤可用于电力紧张、无自来水供应的地区。 【关键词】：PV/T系统 透明光伏组件 平板集热器 光伏电池覆盖率 日有用得热量 系统优化
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 太阳能热利用技术11-13
• 1.1.1 太阳能热水器11-12
• 1.1.2 太阳能采暖12-13
• 1.1.3 太阳能热发电13
• 1.2 太阳能光伏利用技术13-14
• 1.3 太阳能光伏光热一体化14-16
• 1.4 本文主要研究内容及论文创新点16-17
• 1.4.1 研究内容16-17
• 1.4.2 创新点17
• 1.5 本章小结17-18
• 第2章 PV/T 系统原理及结构设计18-32
• 2.1 PV/T 系统工作原理18
• 2.2 光伏系统工作原理18-24
• 2.2.1 开路电压与短路电流19-21
• 2.2.2 输出功率及填充因子21-22
• 2.2.3 光电转换效率22
• 2.2.4 伏安特性22-24
• 2.3 PV/T 一体化结构设计24-31
• 2.3.1 太阳能吸热板26-27
• 2.3.2 PV/T 一体化结构制作27-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 PV/T 系统性能实验研究32-45
• 3.1 PV/T 实验系统32-37
• 3.1.1 光伏系统33-35
• 3.1.2 光热系统35
• 3.1.3 测试系统35-37
• 3.2 PV/T 系统性能评价37-38
• 3.3 PV/T 系统测试结果38
• 3.4 PV/T 系统测实验结果分析38-44
• 3.4.1 水箱初始水温对 PV/T 热水系统的影响38-39
• 3.4.2 水量对 PV/T 热水系统的影响39-40
• 3.4.3 PV/T 系统的发电效率40-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 PV/T 系统传热性能分析45-55
• 4.1 性能分析45-47
• 4.1.1 盖板45-46
• 4.1.2 吸热板46
• 4.1.3 流道46
• 4.1.4 循环管46-47
• 4.1.5 水箱47
• 4.2 PV/T 系统设计参数分析47-52
• 4.2.1 光伏电池覆盖率47-49
• 4.2.2 盖板透过率49-50
• 4.2.3 吸热板50-52
• 4.3 PV/T 系统综合性能分析52-54
• 4.3.1 电性能52-53
• 4.3.2 热性能53
• 4.3.3 PV/T 系统分析53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 结论与展望55-57
• 5.1 本文研究工作总结55
• 5.2 论文主要创新点55-56
• 5.3 工作展望56-57
• 参考文献57-60
• 攻读硕士学位期间发表论文及研究成果60-61
• 致谢61-62

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