高倍聚光光伏冷热电联供示范系统研究
发布时间：2021-03-23 04:08
化石能源的大量使用导致严重的环境问题,太阳能作为一种安全、丰富、环保的可再生能源,是目前发展前景较为广阔的清洁能源之一。聚光光伏光热一体化利用技术既可以通过太阳电池光电转换提供电能,同时可以通过冷却电池回收热能进行余热利用。然而目前聚光光伏光热一体化利用技术仍然存在着电池控温和系统优化的问题,本文针对这两个问题,围绕高倍聚光光伏冷热电联供系统开展了实验和理论研究,主要内容和结论如下:设计开发了高倍菲涅尔式聚光光伏光热模组单元。通过光伏组件能量传递过程,从菲涅尔透镜聚光过程、太阳电池光电转换过程和热能传递过程构建了理论模型,并搭建了单模组箱光伏光热系统实验台进行实验测试,对理论模型进行验证,理论和实验结果保持良好一致。同时,实验测试单模组箱实验系统性能,并对系统影响因素进行分析。实验结果表明:系统发电效率为26.2%,太阳能综合利用率为75.4%,且冷却水流量对系统性能影响较大,需对系统依据不同工况制定不同的控制策略。通过大量模组单元的集成,搭建了100 kW级高倍聚光光伏冷热电联供示范系统。系统包括500倍菲涅尔式聚光光伏光热模块、水冷式余热回收利用模块、相变储热模块、溴化锂吸收式制冷...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
世界一次能源消耗情况[1]
绯兀?湮露仍礁撸?獾缱?恍?示驮降停?诰植扛呶孪?甚至会破坏晶体结构，导致系统结构永久性损伤。光热利用技术可利用全光谱太阳能，但其直接获得热能，效率较低且工作环境安全性较低；光电利用可以获得高品位电能，但是受电池光电效应影响，将有部分波段太阳能无法利用。针对这些问题，上世纪70年代，Wolf等[23]首先提出了太阳能光伏与光热互补利用的太阳能光伏光热一体化（PVT）技术，该技术可以同时进行光电和光热转换，显著提高了太阳能综合利用率。之后相关的研究被大量开展，典型平板式光伏光热一体化装置示意图如图1.2[24]。PVT系统通过太阳电池进行光电转换获取电能，其余耗散的热能由下部热能运输管道内流体工质加以收集利用，从而实现了电能热能的综合利用。PVT系统将光热利用模块和光电转换模块集成在一起，有效降低了装置占用空间[25]。图1.2典型光伏光热一体化装置[24]Figure1.2Typicalphotovoltaicthermalintegrationdevice[24]在太阳能光伏光热一体化系统中，太阳光既可通过太阳电池转换为电能，同时系统产生热能可被回收利用。而对于聚光光伏光热利用系统中，通过聚光提高进入太阳电池能量密度，其转换电能效率较高，同时热能品位也更高，更能体现
绪论5图1.4双通道复合抛物面聚光镜PVT系统[32]Figure1.4PVTsystemofdoublechannelcompositeparabolicconcentrator[32]Li等人[35]提出了一种以U型管为集热器的PVT系统设计方案，这一设计保证了电池和集热器的温度均匀性。Proell等人[36]研究了PVT集热器的最佳工作温度。通过分析和碳减排分析，得出最佳出口温度为60-80℃。在此基础上，对3倍聚光倍数下复合抛物面聚光镜PVT系统样机在不同入射角和流体温度下进行了测试，同时介绍了不均匀光照对不同PVT系统发电效率的影响。他们对PVT集热器的温度分布也进行了实验和理论研究[37]，结果表明，多通道铝的集热器性能优于传统铜板集热器。AlImam等人[38]在吸收塔板和铜管下面，设计一层薄薄的石蜡作为相变材料来储存电池产生的热量。室外实验结果表明，晴天PVT集热器的总效率在55%~63%之间，在有云天气PVT集热器的总效率在46%~55%之间。晴天对应的顶部热损失值约为3W/(m2℃)，多云天气对应的顶部热损失值约为2.5W/(m2℃)。对于低倍CPVT系统，具有结构简单，便于加工的优点，同时电池表面温度较低容易控制，工作环境也相对安全。但由于其聚光倍数较低，系统的发电效率也相对较低；对于电池的冷却取热损失也很大，热效率相对较低，对入射太阳光的利用率较低，且可利用工质品位也较差，不易进行下一步的热利用。1.2.1.2中倍聚光光伏光热利用系统对于聚光倍数为10-100的中倍聚光光伏光热利用系统，必须考虑到太阳跟踪和更有效的冷却方法，这使得中倍CPVT系统比低倍CPVT系统更复杂。Kerzmann和Schaefer[39-40]利用半球形线性菲涅尔透镜，提出了一种双轴跟踪、聚光倍数为80的系统，如图1.5所示，系统峰值发电功率为6.2kW。他们建立了能量模型并进行模拟仿真，模拟结果表明，日照充足情
本文编号：3095102
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
世界一次能源消耗情况[1]
绯兀?湮露仍礁撸?獾缱?恍?示驮降停?诰植扛呶孪?甚至会破坏晶体结构，导致系统结构永久性损伤。光热利用技术可利用全光谱太阳能，但其直接获得热能，效率较低且工作环境安全性较低；光电利用可以获得高品位电能，但是受电池光电效应影响，将有部分波段太阳能无法利用。针对这些问题，上世纪70年代，Wolf等[23]首先提出了太阳能光伏与光热互补利用的太阳能光伏光热一体化（PVT）技术，该技术可以同时进行光电和光热转换，显著提高了太阳能综合利用率。之后相关的研究被大量开展，典型平板式光伏光热一体化装置示意图如图1.2[24]。PVT系统通过太阳电池进行光电转换获取电能，其余耗散的热能由下部热能运输管道内流体工质加以收集利用，从而实现了电能热能的综合利用。PVT系统将光热利用模块和光电转换模块集成在一起，有效降低了装置占用空间[25]。图1.2典型光伏光热一体化装置[24]Figure1.2Typicalphotovoltaicthermalintegrationdevice[24]在太阳能光伏光热一体化系统中，太阳光既可通过太阳电池转换为电能，同时系统产生热能可被回收利用。而对于聚光光伏光热利用系统中，通过聚光提高进入太阳电池能量密度，其转换电能效率较高，同时热能品位也更高，更能体现
绪论5图1.4双通道复合抛物面聚光镜PVT系统[32]Figure1.4PVTsystemofdoublechannelcompositeparabolicconcentrator[32]Li等人[35]提出了一种以U型管为集热器的PVT系统设计方案，这一设计保证了电池和集热器的温度均匀性。Proell等人[36]研究了PVT集热器的最佳工作温度。通过分析和碳减排分析，得出最佳出口温度为60-80℃。在此基础上，对3倍聚光倍数下复合抛物面聚光镜PVT系统样机在不同入射角和流体温度下进行了测试，同时介绍了不均匀光照对不同PVT系统发电效率的影响。他们对PVT集热器的温度分布也进行了实验和理论研究[37]，结果表明，多通道铝的集热器性能优于传统铜板集热器。AlImam等人[38]在吸收塔板和铜管下面，设计一层薄薄的石蜡作为相变材料来储存电池产生的热量。室外实验结果表明，晴天PVT集热器的总效率在55%~63%之间，在有云天气PVT集热器的总效率在46%~55%之间。晴天对应的顶部热损失值约为3W/(m2℃)，多云天气对应的顶部热损失值约为2.5W/(m2℃)。对于低倍CPVT系统，具有结构简单，便于加工的优点，同时电池表面温度较低容易控制，工作环境也相对安全。但由于其聚光倍数较低，系统的发电效率也相对较低；对于电池的冷却取热损失也很大，热效率相对较低，对入射太阳光的利用率较低，且可利用工质品位也较差，不易进行下一步的热利用。1.2.1.2中倍聚光光伏光热利用系统对于聚光倍数为10-100的中倍聚光光伏光热利用系统，必须考虑到太阳跟踪和更有效的冷却方法，这使得中倍CPVT系统比低倍CPVT系统更复杂。Kerzmann和Schaefer[39-40]利用半球形线性菲涅尔透镜，提出了一种双轴跟踪、聚光倍数为80的系统，如图1.5所示，系统峰值发电功率为6.2kW。他们建立了能量模型并进行模拟仿真，模拟结果表明，日照充足情
本文编号：3095102
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3095102.html
