光伏光热材料与器件设计及性能研究

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:carlos_yu
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基于传统能源短缺及世界节能减排大环境,我国积极布局清洁能源发展,以期调整能源结构,改变能源消费层次,达到经济与环境和谐可持续发展之目的。而太阳能利用历史由来已久,其具有分布范围广、能量储量大及可再生性等特点向来是清洁能源利用重中之重。本文在详细阐述了目前太阳能利用最常见的两种应用方式,即光伏利用及光热利用后,又引入了光伏光热一体化利用概念,并对其进行了详细介绍与分析。  本文首先在现有光伏光热一体化器件技术研究基础上,基于光伏光热一体化器件设计之两大原理,综合考虑实际应用因素,设计出了一种可商业化的器件结构,并对构成该器件的各部分结构提出材料选择及技术参数要求。最后基于该设计结构,提出了一种可规模化、流水化封装该器件的生产工艺流程。  本文接着针对所制备的光伏光热一体化器件在实际工作时,各部件结构的能量平衡建立了数学理论模型。提出了光伏光热一体化器件光热效率及光电效率的理论计算模型及影响因素定性分析模型,并介绍了几种对于光伏光热一体化器件总体性能的评价方式。在此基础上,对制备的光伏光热一体化器件进行了实际试验研究,包含空晒升温曲线,光热效率测试及光电性能测试。测试发现,光伏光热一体化器件空晒温度峰值可达130℃,但是升温速率滞后于普通平板集热器。其在初始进水温度25℃的归一化方程为??T??0.661.93,表明作为集热器最大瞬时效率66%,热损系数1.397,如若再加上其平均光电效率14%,综合效率可达80%,高于平板集热器行业要求的72%指标。并对比42℃、56℃进水温度的光热效率及光电效率变化,发现不同的初始进水温度对于光热效率影响较小,但是极大的影响光电效率,因此选用合适的器件循环温度将尤为重要。  最后,介绍了两种适用于该光伏光热一体化器件的太阳能热泵系统,并利用中间式太阳能热泵系统原理搭建了44KW光伏能源热泵系统,对其系统搭建构成及运行策略进行了介绍。并简单分析了自4月19日至11月1日期间,该系统运行性能。发现其热源侧进水温度集中在25~40℃,制热侧出水温度集中在35~55℃,热泵能效值约在3~7之间。最后针对系统前期搭建及运行遇到问题,提出了几点关于光伏光热一体化系统构建建议。
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