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太阳能光伏光热综合利用技术(Photovoltaic/thermal，PV/T)是一种将光伏利用和光热利用有机结合的太阳能利用技术。PV/T集热器中，光热模块转移光伏电池发电时产生的热量，降低电池温度，提高电效率，同时产生热，大幅度提高太阳能的利用率。水是PV/T系统中常用的循环工质，运行时流经吸热板背面的水管，吸收光伏电池热量，进入储热水箱。PV/T热水集热器在寒冷季节使用时存在冻结现象，水管中的冷却水在冬季容易结冰膨胀，破坏管道。针对冻结问题，常用的防冻措施有排空法，防冻液二次循环法等，但这些措施会增加系统复杂度及使用成本。本文在现有PV/T热水集热器基础上，引进相变蓄热材料(PhaseChange Material PCM)和微通道热管(micro-channel heat pipe，MHP)，设计了相变蓄热光伏光热综合利用系统(PCM PV/T)和微通道热管光伏光热综合利用系统(MHP PV/T)。利用相变材料和微通道热管的特点，提高了PV/T集热器的防冻性能。 本文的研究内容包括以下几个方面: (1)设计并制造了PCM PV/T和MHP PV/T两种带有防冻功能的集热器，搭建了实验平台，在白天模式和夜晚模式下，分别进行了PCM PV/T和MHP PV/T的性能试验，并与肋管式PV/T热水集热器对比。 (2)对PCM PV/T和MHP PV/T的光伏光热及夜晚防冻性能进行了测试，并与肋管式PV/T热水集热器进行了对比。结果表明，由于相变模块的降温作用，相变蓄热PV/T温度最低;而由于热管性能及接触热阻影响，微通道热管PV/T温度最高。在12:00时，PCM PV/T、MHP PV/T及肋管PV/T热水集热器的平均电池温度达到最大值，分别为38.00℃、56.28℃及44.85℃。受电池温度影响，三个PV/T系统全天电效率不同，分别为12.1％、11.5％和11.9％。PCM PV/T接受的部分热量储存在相变材料中，其全天热效率低于肋管式PV/T，三个系统热效率分别为42.3％、38.6％和44.5％。夜晚防冻性能方面，PCM PV/T水管最低温度为-4.11℃，平均温度2.60℃，结冰时间为第二天早上4:30，结冰时长接近一个小时;微通道热管最低温度为-7.44℃，平均温度为-2.55℃，结冰时间为21:46，时长3.77小时;肋管式PV/T中水管最低温度为-7.52℃，平均温度为-3.42℃，结冰时间为21:00，结冰时长0.5小时。实验结果表明，相变材料及微通道热管均可以提高平板集热器的防冻性能，其中，相变蓄热PV/T光伏效率更高。 (3)分别针对白天、夜晚模式下的两种带防冻功能的PV/T建立了数值模型，并与实验结果对比，验证。结果显示，白天模式的相变蓄热PV/T模型中，吸热板温度模拟值和实验数据的相对误差为5.54％;光伏输出的相对误差为2.41％;相变材料温度相对误差为8.09％;水箱温度的相对误差为3.74％;水管温度的误差为1.23％。夜晚模式的相变蓄热PV/T模型中，吸热板温度相对误差为0.63％;相变材料温度相对误差为0.69％;水管温度相对误差为0.59％。白天模式的微通道热管模型中，吸热板温度的相对误差为3.98％;微通道热管温度的相对误差为3.95％;水箱温度的相对误差为2.01％;光伏输出的相对误差为4.92％。夜晚模式的微通道热管模型中，集管温度相对误差1.58％;吸热板温度相对误差为1.51％。对比结果表明，数值模型可以准确地模拟实验中的传热过程、各部分温度和光伏输出。 (4)利用数值模型研究不同参数变化对于PCM PV/T集热器和MHP PV/T的影响，通过参数设计可以明显提升两种PV/T在不同工况下的性能，达到防冻目的。针对单相变温度的相变蓄热PV/T集热器的不足，设计了多相变温度的PCMPV/T集热器，并利用模型分别计算了其夏季白天模式和冬季夜晚模式的性能。模拟结果表明，多相变温度的相变模块可以降低夏季白天系统温度，提高光伏效率;提升冬季夜晚时集热器的防冻性能。