光伏热电新风机的性能研究

发布时间：2017-10-14 22:10

  本文关键词：光伏热电新风机的性能研究

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【摘要】：能源短缺和环境污染成为当今社会面对的两大难题,以可再生能源为主的新型能源的开发利用成为未来多样化能源结构的主流。在这种背景下,光伏发电技术和半导体制冷/制热技术因其独特的优势得到了不断的发展。本文将太阳能光伏发电技术和热电制冷/制热技术相结合,设计了一种新型光伏热电新风机。该新风机利用光伏电池板输出的电能驱动热电模块工作,光伏组件背部设有空气通道,在冬季,室外新风流经该空气通道带走光伏电池板产生的热量,新风自身得以预热,再经过热电模块热端加热后送入室内,室内排风经热电模块冷端排出,既实现了对太阳能的光电光热主动综合利用,又回收了排风余热。本文首先建立了光伏发电模型,计算出实际太阳辐射强度和温度下光伏组件的发电功率和发电效率。其次,采用类区域简化模型方法,建立通风式光电光热组件传热模型,用有限差分数值模拟方法求解模型;采用热电芯片内参数动态计算法,建立热电模型。然后,耦合光电光热组件传热模型和热电模型,并定义两种系统,评价光伏热电新风机的冬季制热性能。最后,通过选取实测日室外环境参数进行数值模拟,分析了热电模块输入电压分别为4V、5V、6V时新风机的性能,通过与无新风预热系统进行对比,研究室外新风经预热对热电新风机性能的影响。模拟结果表明:在冬季,新风经光电光热组件预热后温度升高,在太阳辐射最强时间段,空气通道内空气进出口温差最大可达1.81℃;太阳辐射强度为784.76W/m~2时,光伏电池板发电功率为99.04W/m~2,发电效率为12.62%;有新风预热的新风机的系统制热系数为2.98~3.35,无新风预热的系统制热系数为2.93~3.03,可见本文的新风机利用光伏电池板产生的热量预热新风,实现了余热的回收利用,具有较好的性能优势。电压越高,冷热端热流密度越大,热电芯片的冷热端温差也越大,从而制热系数越小,反之,亦然。在满足需求的前提下,选用较小的输入电压,系统性能更佳。
【关键词】：光伏组件 光电光热 热电模块 热电制热 制热系数 数值模拟
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU83;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景10-12
• 1.2 光伏发电技术的发展和现状12-13
• 1.2.1 国外发展和现状12-13
• 1.2.2 国内发展和现状13
• 1.3 热电制冷/制热技术的发展和应用13-14
• 1.4 光伏热电的应用14-16
• 1.5 课题意义及研究内容16-18
• 1.5.1 课题意义16
• 1.5.2 本文所做的工作16-18
• 第2章 光伏发电及热电制冷/制热的基本原理18-30
• 2.1 光伏电池的分类18-19
• 2.2 光伏发电的基本原理19-25
• 2.2.1 光伏电池的基本原理19-21
• 2.2.2 光伏电池的等效特性21-24
• 2.2.3 光伏组件最大功率点控制策略24-25
• 2.3 热电制冷/制热的基本原理25-29
• 2.3.1 热电效应25-28
• 2.3.2 热电制冷/制热的基本计算公式28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 光伏热电新风机的工作原理及组成30-35
• 3.1 光伏热电新风机的工作原理30-31
• 3.2 光伏热电新风机的组成31-34
• 3.2.1 光伏组件32
• 3.2.2 控制器32-33
• 3.2.3 蓄电池33
• 3.2.4 热电芯片33-34
• 3.2.5 热管散热器34
• 3.3 本章小结34-35
• 第4章 光伏热电新风机的模型建立35-46
• 4.1 光电光热组件模型分析35-41
• 4.1.1 光电光热组件传热模型35-37
• 4.1.2 光电光热组件数值求解方法37-38
• 4.1.3 净辐射换热量的计算38-41
• 4.2 热电模型分析41-44
• 4.2.1 数学模型的建立41-43
• 4.2.2 模型的算法结构43-44
• 4.3 光电光热组件模型和热电模型耦合求解44-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第5章 光伏热电新风机性能模拟及分析46-55
• 5.1 计算实例46-47
• 5.2 实例模拟结果与分析47-54
• 5.2.1 光电光热组件模拟结果分析47-49
• 5.2.2 工作电压 4V时的新风机性能49-52
• 5.2.3 不同电压下新风机性能对比52-54
• 5.3 本章小结54-55
• 总结与展望55-57
• 参考文献57-62
• 致谢62-63
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录63

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本文编号：1033443