基于TRNSYS仿真的不同跟踪方式下CPV/T系统的热电性能及经济性分析

利用TRNSYS软件仿真预测了采用不同跟踪方式的聚光光伏光热(CPV/T)系统在西安、兰州和拉萨这3个地区的全年热、电性能。仿真结果显示,以西安为例,3种跟踪方式中,采用双轴跟踪方式的CPV/T系统的全年热、电效率均最高,分别为40%和11.34%;采用单轴东西向跟踪方式的CPV/T系统的全年热、电效率次之,分别为35.67%和10.74%;采用单轴南北向跟踪方式的CPV/T系统的全年热、电效率均最低,分别为32.19%和10.16%。从动态投资回收期的角度对采用不同跟踪方式的CPV/T系统的经济性进行了评价,计算结果表明,采用单轴东西向跟踪方式的CPV/T系统的经济性最佳,在西安、兰州和拉萨这3个地区,其动态投资回收期分别为4.84、4.93和4.81年;采用双轴跟踪方式的CPV/T系统的经济性次之,在上述3个地区其动态投资回收期分别为5.65、5.69和5.48年;采用单轴南北向跟踪方式的CPV/T系统的经济性最差,在上述3个地区其动态投资回收期分别为6.09、6.26和6.00年。     

抛物面聚光太阳能PV/T系统的热电性能分析

建立了带有散热翅片的聚光太阳能PV/T热电联产系统内部传热过程的一维稳态数学模型,对传热过程进行了数值模拟,分析了空气质量流速、入射光强度、聚光比、环境温度、上部通道高度及翅片参数对系统的空气温度、电池板温度及系统热、电效率的影响.结果表明:随着入射光强、聚光比的增加,空气出口温度和电池板温度都会增加,系统热电总效率增加;通过增空气流量可以有效降低电池温度,提高电池的光电转换效率和系统的总能量利用效率;吸热板背面的翅片可以强化通道内空气的传热过程,降低电池板的温度,系统效率可增加约2%;在相同的光照条件下,人口空气温度越低,上部通道越窄,系统热效率越高.研究结果为聚光太阳能PV/T热电联产系统的设计和运行提供了理论依据.     

有、无玻璃盖板工况对PV/T系统性能的影响

同时参考热力学第二定律和第一定律,以(炯)效率和能量效率作为判据,在一些结构参数和环境参数变化的条件下,对有、无玻璃盖板工况下PV/T系统的综合性能进行了对比分析,并尝试对玻璃盖板在PV/T系统中的应用给出一些建议.     

无盖板型水冷式PV/T模块光电/光热综合性能实验研究

无盖板PV/T组件相比于盖板式PV/T组件有更高的光电转换效率,在电能输出方面的优势明显。基于此,提出一种无盖板型水冷式PV/T模块,并搭建由光伏对比模块、水冷式PV/T模块以及无冷却水循环的PV/T对比模块构成的实验平台开展对比实验,研究温度、流量对无盖板PV/T模块电、热转换效率的影响。结果表明,在水冷作用下,PV/T模块的光伏组件温度显著降低,与PV/T对比模块相比发电效率提升11.54%;环境平均温度为21.7 ℃、平均辐照度650 W/m²的测试条件下,流量0.12 m³/h时模块的电效率为17.44%,热效率为19.80%,综合效率达到65.69%,考虑到循环泵消耗的电能,表面积1.93 m²的水冷式PV/T模块全天可存储有效能3.72 MJ。     

槽式聚焦光电/光热综合利用系统的性能研究

提出了一种典型的线聚焦太阳能光电/光热综合利用系统——槽式聚焦光电/光热综合利用系统,并建立了相应的系统模型。采用数值模拟的方法,分别在合肥地区春、夏季节的气候条件下,对不同的跟踪方式(东西向转动跟踪、南北向转动跟踪)、聚光比、冷却水流量以及辐照强度等相关参数对系统性能的影响进行了研究。     

基于相变材料的双通道PV/T系统性能研究

研究了以水为工质的双通道PV/T系统性能。实验测量水的光学特性,并搭建室内实验台,在实验室条件下对双通道PV/T系统性能进行实验研究。对比研究不同流速和有、无相变材料对系统性能的影响,包括对太阳电池工作温度和系统电、热效率的影响。研究结果表明,双通道PV/T系统可有效降低太阳电池的工作温度;工质流量从100 mL/min增加至300 mL/min,双通道PV/T系统太阳电池平均温度降低1.77 ℃,电、热效率分别增加0.09%和4.11%;相比于电性能,流量的变化对系统的热性能影响更大;采用相变材料的双通道PV/T系统,进一步降低太阳电池的工作温度,提升系统的电热效率,系统可达到更高综合利用效率。     

真空玻璃与单层玻璃盖板PV/T集热器性能的对比研究

提出一种真空玻璃盖板平板式PV/T集热器,建立了真空玻璃和单层玻璃盖板PV/T集热器的传热模型,并分别搭建了两种PV/T热水系统的实验平台进行模型的实验验证。预测结果与实验测量结果的均方根偏差（RMSD）在0.71% ~ 11.17%之间。利用数学模型模拟了真空玻璃与单层玻璃盖板PV/T集热器在合肥冬季的热、电性能,并比较了两者性能的差异。模拟结果表明真空玻璃盖板PV/T集热器的顶部热损失平均为22 W,而单层玻璃盖板PV/T集热器热损失平均为107 W。使用真空玻璃盖板能显著减少PV/T集热器的顶部热损失。真空玻璃盖板PV/T集热器相对单层玻璃盖板PV/T集热器的全天热效率提高了5.68%,二者分别为41.76%和36.08%,全天电效率分别为11.76%和12.79%,相差1.03%。     

新型平板热管式太阳能PV/T集热系统的性能研究

文章搭建了新型平板热管式太阳能PV/T集热系统实验台,测试了该集热系统的热电性能。此外,建立了该集热系统的数学模型,并将该集热系统的测量结果和模拟结果进行对比分析,以验证该数学模型的准确性。最后,在相近的测试条件下,对新型平板热管式太阳能PV/T集热系统和传统圆形热管式太阳能PV/T集热系统的热电性能进行对比分析。分析结果表明,在相近的测试条件下,与传统圆形热管式太阳能PV/T集热系统相比,新型平板热管式太阳能PV/T集热系统的日平均热效率和日平均电效率分别提升了16.8%和3.5%,总集热量和总发电量分别提升了78.4%和35.5%。     

不同结构PV/T系统的热电性能研究

设计并搭建了两种不同集热结构的PV/T系统,试验采集了环境、温度、功率等参数,获得了两个系统的温度特性、热效率、发电效率。试验结果表明,PV/T系统效率主要受环境因素影响,集热结构对其性能也产生不同程度的影响。无空腔PV/T系统的冷却效果好于有空腔系统,发电效率较高;有空腔PV/T系统的热效率较高,一次能源节约率略高于无空腔系统。     

一种新型全铝扁盒式PV/T热水系统

将单晶硅光伏电池与全铝扁盒式太阳能热水器集热板通过特殊工艺粘结起来,制成了一套自然循环式光伏光热一体化(PV/T)系统,在利用太阳能发电的同时提供热水。于04年7月-10月在合肥地区进行了室外实验,测试并讨论了该系统以不同水量和不同初始水温运行时的光电光热性能。结果表明,当m/Ac>80kg/m2时,这种PV/T热水系统的发电效率在10.15%左右,热效率在50%左右,光电光热总效率可以达到60%左右,光电光热综合性能效率可以达到70%左右。相对于单纯的光伏系统或自然循环式太阳能热水系统,这种PV/T热水系统具有占地面积小、综合效率高等优点。     

复合抛物面聚光太阳能PV/T系统的实验研究

设计并搭建了CPC低倍聚光太阳能PV/T单通道空气系统实验台,对不同工作环境下聚光PV/T系统的热电性能进行了实验研究。实验研究结果显示:在聚光条件下,系统的各表面温度随光照强度的增加而升高,随下部通道入口空气流速的增加而降低。聚光PV/T系统的最大输出功率可达到60W,比对应相同电池面积平板系统最大输出功率高20W。聚光PV/T系统的各效率随光照强度增加而增大,系统的最大电效率为11%,最大热效率为70%,最大火用效率为16%,比单纯发电时最大火用效率提高约5%。实验获得了一批新的有价值的实验数据,为聚光太阳能光伏光热系统的进一步研究提供了依据。     

海流能发电系统的最大功率跟踪控制研究

在海流能发电系统最大功率跟踪控制理论的基础上,设计了基于Buck-Boost型直流变换器的功率调节装置和采用功率、电流双闭环的控制系统。在Matlab/Simulink环境下进行了整机的建模和仿真研究,验证了模型和控制系统的正确性及有效性。搭建了试验平台,对海流能发电系统进行了试验研究,通过空载试验修正了最大功率曲线,通过最大功率跟踪试验获得了系统的静态功率跟踪结果,试验结果证明所设计的功率调节装置和控制系统能很好地跟踪最大功率点运行,实现系统最大功率输出。     

水为工质的面板式PV/T系统冬季实验研究

研究一种以水为工质的面板式PV/T(photovoltaic/thermal)系统在冬季的性能。搭建PV/T实验和测试系统,测试户外条件下系统冬季运行时的各项参数,对实验数据进行处理、分析,获得光伏电池的电效率和系统的热效率。结果表明:面板式PV/T系统运行时电池板温度较低,电池转换效率较高;工质通过循环加热可上升30℃左右,综合效率接近普通PV板的两倍。     

Design and analysis of a CPV/T solar receiver with volumetric absorption combined spectral splitter

Spectral beam splitting is a promising technology to achieve the maximum electrical and thermal outputs from concentrating photovoltaic/thermal (CPV/T) systems simultaneously. In this article, a novel CPV/T receiver is proposed by incorporating a fluid based filter together with a solid absorptive filter. The geometry of the receiver is developed for a designed linear flat mirror concentrator. According to the optical transmittance of both fluid based filters and solid absorptive filters, as well as their corresponding merit functions, four fluid filters and two solid filters are determined to be the candidates of the combined filter for the silicon concentrator solar cell. Then, a complete solar radiation propagation process from concentrator to the designed CPV/T receiver is simulated using ray tracing software-LightTools. The results show that the surface illumination uniformity of the PV module filtered by each combined filter under the linear flat mirror concentrator is higher than 96%. Using 5 g/L CoSO₄ solution and HB650 as the combined filter, 33.67% of the concentrated light can be directed to the PV module with the remainder collected by the filter as thermal energy and the silicon CPV cells can convert 27.06% of this energy into electrical power. This contributes to the fact that 92.43% of the light striking the PV module is within 650-1100 nm, which is the spectral response range of the cell can work efficiently. The total efficiency of 49.88% can be achieved with such a filter and the electrical efficiency is 9.1% with respect to the total incident power on the receiver.     

基于DAC概念的改进型聚光电热联用系统

基于DAC技术对传统的聚光电热联用系统(CPV/T)进行优化设计,采用水为吸热工质与常规硅太阳电池相结合对太阳能辐射进行分波段利用,分别完成光热转换和光电转换。对该改进CPV/T系统建立了辐射传递模型和能量平衡模型:首先,对太阳能辐射在系统中的传递过程进行了分析;而后对系统的光热单元和光电单元工作温度进行了计算。计算结果显示该系统光热单元温度不再受光电单元工作温度限制,随着聚光比的增加该系统光热单元可产出高温热能,其吸热工质出口温度可达到108℃,而相应的光电单元工作温度低于69℃,同时通过试验对系统光电性能进行了对比分析;最后对该CPV/T系统效率进行分析,得到其光热转换效率为32%,光电转换效率保持在8.6%～10.5%之间。     

太阳能PV/T热泵辅助分布式餐厨垃圾能源转化系统研究

建立新型的太阳能PV/T热泵辅助分布式餐厨垃圾能源转化系统。对新型系统进行数学建模和热力学分析,提出新型系统性能评价指标,进行实验测试和仿真模拟。结果表明：太阳能PV/T热泵系统可稳定为分布式餐厨垃圾废物能源化系统提供热能和电能,显著提升新型系统的效率,相同环境温度下提升系统总效率为10%~15%,以期为分布式餐厨垃圾废物能源化系统在低温环境下的应用提供可能。     

新型管板式太阳能PV/T集热器光热特性研究与优化

为提高太阳能光伏/光热（PV/T）集热器全年运行效率,提出一种新型管板式太阳能PV/T集热器结构,并针对该集热器光热传递与光电转换过程进行分析,建立水和空气同时运行时的二维非稳态传热数学模型;在验证模型可靠性的基础上,模拟研究空气流道高度和空气流量等设计参数对PV/T集热器光热、光电特性的影响。结果表明,空气流道高度为15 mm时,PV/T集热器光电光热综合性能效率最佳;在所研究的工况下,该集热器的光电光热综合性能效率为0.84~0.87。