太阳能光伏环路热管热水系统性能研究

发布时间：2020-08-08 12:10

【摘要】：本文将PV/T利用技术与热管技术相结合,构建了一种新型的太阳能光伏环路热管热水系统。该系统不仅能够克服传统PV/T系统冬季冻结、工质泄露、集热效率较低等问题,而且能够进一步降低光伏组件的工作温度,提高系统的光伏发电效率,有效提高了太阳能综合利用效率。此外,该系统具有布置灵活、易于建筑集成等优点,能够同时为建筑提供生活热水与电能,降低建筑能耗,符合我国低碳经济的发展趋势。本文主要采用理论分析、数学建模等方法,对比了所建系统与强制循环PV/T热水系统的运行特点,分析了不同气候条件对目标系统运行性能的影响,研究了系统的社会经济效益。以期为该系统的工程应用提供技术指导。本文研究的内容主要包括以下几方面:(1)分析太阳能光伏环路热管热水系统的运行原理;基于热力学第一定律,建立该系统的传热模型,并利用Visual Basic 6.0编写其仿真模拟程序;以强制循环PV/T热水系统为基准系统,借助TRNSYS软件建立其仿真模型,为进一步对两种系统的模拟研究做铺垫。(2)基于所建立的模型,探讨了两种系统在寒冷地区典型工况与长期运行性能的变化规律,结果表明目标系统相比基准系统对PV层的冷却效果更为明显,板温降低15.43℃,系统光电光热综合性能较为突出,太阳能光伏光热综合效率提升3.12%。(3)本文基于纬度修正的原则,确定了系统在北京、上海、广州三个地区的最佳安装倾角与朝向;从能源效率的角度分析,系统在广州地区的光电光热综合效率达到56.00%,相比北京、上海两地分别高出8.19%、5.58%,证实了本系统具有良好的气候适应能力,且最适用于夏热冬暖地区。(4)基于优化结果,本文选取电热水器系统为基准系统,进一步研究目标系统的社会经济效益,结果表明目标系统相比电热水器系统均具有良好的节能效益、环境效益、经济效益;本系统在广州地区具有较好的节能效益与环境效益,在北京地区具有较好的经济效益,系统的具体应用与三种效益的先后关系相关。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU822;TU18
【图文】：

可视化界面,仿真算法

图 2-5 仿真算法可视化界面根据上文所建立的系统数学模型，使用 Visual Basic 6.0 软件编译相应的仿真程序，进行模拟计算。根据本课题组前期的实验经验可知，该模拟程序的误差在工程设计允许的范围内，具体计算步骤如下：(1) 设定各组成结构的初始温度；(2) 将冷凝段管壁温度 Tpc的初始值带入能量平衡方程组，依次确定冷却水温度Tw，蒸发段管壁温度 Tp,e，集热板温度 Tc，光伏组件工作温度 Tp及玻璃平板温度 Tcg；(3) 将玻璃平板得热量、散热量的计算值与初始值作对比，如果误差大于 0.01，则重置初始值进行迭代计算，如果误差在收敛精度范围内，则输出计算结果；(4) 判断是否达到设定时间，如果没有，则继续重复上述步骤，如果达到设定时间，则进行热电性能计算；(5) 判断是否达到设定日期，如果没有达到，则重新进行迭代计算，如果达到设定日期，则直接输出 Tp,c，Tw，Tp,e，Tc，Tp，Tcg，总太阳辐照 I 以及光热功率 Qc和光电功率 Qe；

热水系统,强制循环,仿真模型,循环水泵

管路等组成。该系统最明显的特征就是利用设置在管路上的循环水泵提供循环动力，循环流量较大；循环水泵的启动和关闭必须要有一定的控制，通常以温差控制为主；水既是系统的循环介质也是系统的蓄热介质。图2-6是采用TRNSYS瞬态系统模拟软件建立的强制循环PV/T热水系统仿真模型，该模型选用的主要模块见表2-2。PV/T集热器气象数据在线输出设备 -1在线输出设备 -3水泵控制器补水控制器循环水泵温差控制器蓄热水箱效率计算负荷计算三通分流调节器在线输出设备 -2打印机图 2-6 强制循环 PV/T 热水系统系的仿真模型

变化图,太阳辐照度,逐时,北京地区

3.2 北京地区气象特征TRNSYS中的典型年的气象数据是由目标地区8760个小时的逐时气象值构成，其中包括太阳辐照度、空气温度、风速等。如图3-1与图3-2分别是TRNSYS中北京地区TMY典型气象年35°倾斜面全年逐时太阳辐照度与全年逐时空气温度变化图。图 3-1 北京地区全年逐时太阳辐照度从图 3-1 可以看出，北京地区全年逐时太阳辐照度呈现先降低后升高的变化趋势，其中，1 月~5 月以及 9 月~12 月太阳辐照度的变化幅度较小且均值较高，6 月~8月处于夏季，极端天气较多且多雨，太阳辐照度较低且变化幅度较大。总体而言，

【参考文献】