太阳能光伏光热—热泵系统动态模拟及优化研究

发布时间：2020-11-11 09:39

　　 对于我国北方地区来说,冬季供暖是造成空气污染的重要因素,农村居住建筑供暖主要以散煤、农作物薪柴为主,存在着供暖效果不佳、能源利用率低且污染物排放量大等问题,是造成雾霾的主要因素之一,采用可再生能源替代常规能源实现清洁供热受到中央和地方的高度重视。本文结合太阳能光伏光热系统与热泵系统的特点,提出一种带有地埋管换热器的间接式太阳能光伏光热-热泵系统,将光伏发电的余热应用于建筑供暖以及补充土壤热量,并以此为核心展开相关的研究。本文构建了太阳能光伏光热-热泵系统,针对不同的环境工况提出了系统的四种工作模式,能够确保系统可在供暖季全天候供暖,以及非供暖季向地下补热,提高系统的光电转换效率及光热利用效率。总结分析了不同形式PV/T集热器的优缺点,针对本文系统的应用特性,选取一种研究较为成熟的管板式换热结构的PV/T集热器应用于本系统,有利于系统的推广应用。以TRNSYS软件作为仿真模拟平台,建立了太阳能光伏光热-热泵系统的仿真模型,在对系统动态模型研究的基础上,提出了针对不同工作模式的控制策略。以青岛市典型农村独立住宅为例,根据建筑瞬时动态负荷与系统动态特性相匹配的原则,初步设计了系统的各种参数,并以此为基础展开对系统热电性能的模拟。分别对系统在供暖季典型工况日及非供暖季典型工况日下的模拟运行结果作出了分析研究,结果表明系统在供暖季及非供暖季均有较高的光电转换效率与光热转换效率,大大提高了太阳能利用率,热泵机组运行性能也有较大程度的提升,且运行情况稳定。对系统进行全年的模拟研究,年平均光电转换效率为0.1336,相比较单一光伏发电系统提升了24.9%;热泵机组全年平均COP为4.25,相比于同种工况下的单一土壤源热泵系统提了10.4%,且有良好的补热效果,表明根据太阳能光伏光热系统和热泵系统各自的特点,将两者合理地结合起来,能够实现优势互补,提高能源的综合利用效率。根据不同的优化目标对系统中PV/T集热器面积、安装倾角及方位角、单位面积循环流量、单位面积水箱体积进行优化,并以系统的费用年值和追加投资回收期为经济性评价指标,对系统优化前后进行经济性对比。选取常规的单一土壤源热泵、燃煤锅炉、电锅炉、燃气锅炉等采暖方式与本系统进行经济性和环保效益的对比,结果表明本系统环保效益显著,并具有良好的经济性。本研究可为农村地区清洁供热提供一种新的途径,以及对系统实际工程的建设提供一定的指导意义。
【学位单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU83
【部分图文】：

题来源题来源于中国政府/世界银行/全球环境基金资金支持的中国可再生展项目二期——“北方地区高比例可再生能源多元互补供热系统开研究”项目（A3-CS-2016-007）。究背景与人类的生活、生产及社会发展密切相关，而自从第二次工业革命源消耗主要以石油、煤炭、天然气等不可再生能源为主。随着社会能源消耗速度也越来越快，2007-2017 年，全球一次能源消费量达 1量，10 年来增长了 17％，并有持续增长的趋势[1]（如图 1.1 所示石油和天然气能源到 2050 年就消耗殆尽[2]。

图 1.2 我国能源结构带来的污染问题愈发严重，中央和地方也越源实现清洁供热。习近平总书记和李克强总地区冬季清洁取暖”、“加快提高清洁供热比”等，北方各省市也纷纷出台了相应的政策等常规能源的供暖方式。由此可见，我国当迫性，也是我国实现可持续发展的主要环节一种清洁、无污染的可再生能源，地球上每1018kWh，是探明原油储量的近千倍，利用价的太阳能使用条件，按照国家气象局风能太

图 1.3 我国太阳能资源区划分太阳能的利用方式1）太阳能光热利用技术阳能光热利用技术主要应用在太阳能热水器与太阳能灶，太阳能热水器阳辐射能转化为热能，并传递给水或其他介质，常用以供应生活热水或见的太阳能集热器类型有平板型、真空管型和热管型。目前我国的太阳产量位于世界第一位，太阳能热利用技术较为成熟并且掌握着大量的核产业体系较为完整，形成了规模化的应用。2）太阳能光电转换技术阳能光电转换技术是利用半导体材料的电子学特性产生光伏效应，将太转化为电能的新型发电技术。太阳能电池是太阳能光伏发电中最核心的
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

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本文编号：2879039