论文部分内容阅读
世界经济的快速发展,地球上的化石能源急剧减少,环境问题日益严重,可再生能源的利用、研究和发展迫在眉睫。太阳能是一种分布广、清洁和使用简便且取之不尽用之不竭的新能源,成为当下化石能源减少后重要的替代能源。考虑太阳能能流密度低,分散性强的不利条件,太阳能与建筑结合是太阳能利用的一个直接方式。PV-Trombe墙是一种将传统的建筑采暖结构Trombe墙与太阳能光伏电池结合的新型多功能的结构,实现采暖通风的功能同时可以为生产生活提供电力。传统Trombe墙具有功能单一和美观性较差的缺点。光伏电池组件吸收太阳辐照后的光电转换效率为0.10-0.16,超过80%的入射能量转化为热量,散失到环境空气之中,提高光伏电池的工作温度。本文将传统Trombe墙与光伏电池组件结合一起,根据光伏电池层压位置的不同,设计制作三种PV-Trombe墙结构,分别是:外置式PV-Trombe墙、中置式PV-Trombe墙和内置式PV-Trombe墙。外置式PV-Trombe墙是将光伏电池层压于Trombe墙的玻璃盖板;内置式PV-Trombe墙与中置式PV-Trombe墙均是将光伏电池与Trombe墙的吸热板进行结合,内置式PV-Trombe墙的光伏吸热板位于空气流道里侧,太阳辐射穿过玻璃盖板进入Trombe墙内,被光伏组件吸收,一部分能量转换成电能,其余的加热空气流道内空气;中置式PV-Trombe墙的光伏吸热极位于空气流道外侧,玻璃盖板与光伏吸热板形成密封的空腔。三种PV-Trombe各有自身优缺点,外置式PV-Trombe墙的光伏电池层压于玻璃盖板之上,阻挡大部分阳光进入结构内部,光伏电池产生热量大部分散失到环境中而无法加以利用。内置式PV-Trombe墙的光伏电池层压在内部的集热板上,边框阴影对光伏电池的效率影响明显,光伏组件的工作温度较高降低其光电效率。针对上两者的优缺点,提出中置式PV-Trombe墙,可以克服光伏电池产生热量散失环境空气中的缺点和减轻边框阴影对光伏电池的负影响。本文参考已有文献,设计合理的三种PV-Trombe墙的结构尺寸,将三种结构两两同时在实验热箱中分别在冬季与夏季进行实验研究它们的电性能与热性能。实验的测试结果显示,三种PV-Trombe墙对房间采暖都有明显的效果,相比于外置式PV-Trombe墙的采暖效果,内置式PV-Trombe墙与中置式PV-Trombe墙对室内供暖效果更为优越。外置式PV-Trombe墙与内置式PV-Trombe墙在冬季的实验中的集热效率最大值分别为0.37和0.43,它们的上下风口温差最高可分别达到13.5℃、14.9℃,带有内置式PV-Trombe墙的房间平均温度比带有外置式PV-Trombe墙的平均温度高1.5℃,外置式PV-Trombe墙与内置式PV-Trombe墙的光伏组件的电效率分别在0.13-0.15和0.09-0.12之间;夏季的七天的实验中,带有内置式PV-Trombe墙的房间与带有外置式PV-Trombe墙的房间平均温度分为37.4℃、36.9℃,内置式PV-Trombe墙的发电效率维持在10%左右,外置式PV-Trombe墙的发电效率在13%-15%之间。外置式PV-Trombe墙与中置式PV-Trombe墙的对比实验中,两者热效率最高值分别可达到0.43、0.35,测试期间带有中置式PV-Trombe墙的房间与带有外置式PV-Trombe墙的房间的最高温度值分别为26.7℃、26.5℃。在三天实验数据中,中置式PV-Trombe墙流道的平均温度的最大值是25.7℃、27.5℃、29.5℃,外置式PV-Trombe墙的流道平均温度的最大值分别是29.3℃、29.5℃和31.4℃。外置式PV-Trombe墙的电效率在0.14～0.16之间,中置式PV-Trombe墙的电效率处于0.12～0.13,两者的电效率有明显的差别。从全天的PMV值平均值看,外置式PV-Trombe墙的热舒适性较差,另外两种PV-Trombe墙给房间带来的热舒适性相似。选择外置式PV-Trombe墙的光电效率拟合了电池效率与太阳能电池的工作温度之间关系公式。当太阳电池的平均工作温度为25℃时,太阳电池模块的工作效率为15.8%,斜率为0.0047,并通过该公式分析边框阴影对内置式PV-Trombe墙的光伏电池发电效率的影响。