热管式太阳能光伏热泵系统性能研究

【摘要】：太阳能光伏发电技术日趋成熟,在近些年得到迅速的推广和应用,已经成为人们关注的焦点,但其发电效率相对较低,太阳能光伏电池在吸收太阳辐射输出电能的同时,一部分太阳能辐射转化为热能,使光伏电池的温度升高,进而降低了光伏电池的光电转换效率。本文中利用热管对光伏板进行冷却,吸收光伏板的热量,提高光电转换效率,同时充分利用光伏板的余热,进而提高太阳能综合利用率。本文的研究内容主要包括以下三个方面:(1)热管式PV/T热水系统性能的实验研究。搭建了热管式PV/T系统实验台,对PV/T热水系统的性能进行实验测试,分析了系统性能的全天动态变化趋势与特性,以及不同因素如太阳辐射强度、室外空气温度、集热器入口水温和循环水流量对系统热电性能的影响。在夏季工况下,系统平均热效率为32.9~37.2%,平均电效率为10.4~14.1%,综合效率为58.9~71.3%。(2)热管式PV/T热泵系统性能的实验研究。把热管式PV/T热水系统与热泵循环相结合,搭建了热管式PV/T热泵系统实验台,对热泵系统的性能进行了实验测试,分析了系统性能的全天动态变化趋势与特性,以及不同因素如太阳辐射强度、室外空气温度和冷凝器入口水温对热泵系统性能的影响。在冬季工况下,系统平均热效率为12.4%~17.9%,平均电效率为11.5~12.7%,综合效率为44.0%~46.5%,COP为2.16~2.35。(3)热管式PV/T热泵系统应用案例分析。基于北京农村地区典型住宅建筑的热电需求,结合热管式PV/T热泵系统的应用,提出了分别侧重满足全年生活热水负荷、采暖季供暖负荷、全年用电负荷的三种设计方案,对三种方案进行了全年工况计算与比较,结合实际情况,选择最优方案(侧重满足全年生活热水负荷的方案)进行了经济效益和环境效益分析。系统全年热负荷太阳能保证率为55.7%,电负荷太阳能保证率为46.8%,回收期为14.2年。 【关键词】：太阳能光伏集热器 热泵系统 热管 太阳能保证率
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU83
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 绪论7-20
• 1.1 研究背景7-9
• 1.2 太阳能利用技术9-15
• 1.2.1 太阳能光热利用技术9-11
• 1.2.2 太阳能光伏发电技术11-14
• 1.2.3 太阳能综合利用技术14-15
• 1.3 国内外研究现状15-19
• 1.4 研究内容19-20
• 第2章 热管式PV/T热水系统实验研究20-42
• 2.1 热管式PV/T热水系统实验介绍20-26
• 2.1.1 热管式PV/T集热器20-21
• 2.1.2 热管式PV/T热水系统21-24
• 2.1.3 测量仪器及设备24-26
• 2.2 实验说明及系统性能计算26-29
• 2.2.4 实验方法26-27
• 2.2.5 热管式PV/T热水系统性能计算方法27-29
• 2.3 实验结果及分析29-40
• 2.3.1 热管式PV/T热水系统瞬时性能分析29-33
• 2.3.2 系统性能的影响因素分析33-40
• 2.4 本章小结40-42
• 第3章 热管式PV/T热泵系统实验研究42-63
• 3.1 热管式PV/T热泵系统实验台介绍42-46
• 3.1.1 热管式PV/T热泵系统组成及原理42-43
• 3.1.2 系统主要设备43-45
• 3.1.3 测量方法及测量仪器45-46
• 3.2 实验说明及系统性能计算46-48
• 3.2.1 实验设计及安排46-47
• 3.2.2 系统性能计算方法47-48
• 3.3 实验结果及分析48-62
• 3.3.1 热管式PV/T热泵系统瞬时性能分析48-53
• 3.3.2 热泵系统性能的影响因素分析53-62
• 3.4 本章小结62-63
• 第4章 新型热泵系统应用案例分析63-80
• 4.1 北京地区气候特点及太阳能资源情况63
• 4.2 典型建筑概况63-67
• 4.2.1 农村典型住宅建筑63-65
• 4.2.2 建筑热负荷需求分析65-66
• 4.2.3 建筑电负荷需求分析66-67
• 4.3 全年工况分析67-78
• 4.3.1 太阳辐射量计算67-70
• 4.3.2 系统运行方案设计70-71
• 4.3.3 热性能和电性能分析71-76
• 4.3.4 经济效益分析和环境效益分析76-78
• 4.4 本章小结78-80
• 第5章 结论及展望80-82
• 5.1 结论80
• 5.2 展望80-82
• 参考文献82-86
• 在校期间发表学术成果86-87
• 致谢87

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