独立光伏空调系统的研究

【摘要】：在常规能源价格不断上涨,能源形势日趋紧张的今天,可再生能源的大力推广成为缓解能源危机的有效方式。光伏发电技术从90年代开始快速发展,年产量和装机容量不断增长,电池的转换效率不断提高,组件价格则持续下降。而同时,随着人们生活水平的提高,空调能耗在建筑能耗中的比例越来越大,空调系统的节能也越来越引起人们的重视。太阳能电池工业的迅猛发展和节能减排的需要促使了光伏空调系统的产生。本文对一种交流独立光伏空调系统进行了研究。 本文介绍了光伏发电技术、光伏空调及其他光伏制冷技术发展的概况,分析了光伏空调系统的优势。讲解了交流独立光伏空调系统的构成,阐述了各部件在光伏空调系统中的应用特点,重点分析了影响太阳能电池阵列和蓄电池性能的因素。 详细介绍了独立光伏空调系统的设计过程,该系统是一个48V的系统,由1.92kW太阳能电池阵列、200Ah蓄电池组、3kVA逆变器、相应的太阳能电源控制器和一台1.2匹变频空调组成,为一间23.5m2的房间供冷和供热。并且特别介绍了太阳能电池阵列在安装施工时的注意事项。 对交流独立光伏空调系统夏季供冷和冬季采暖性能进行了实验和分析,在冬季和夏季晴天白天工作模式下电池板可分别提供77.7%和84.4%的电量,冬季太阳能COPsol达0.37,夜间工作模式下蓄电池可以提供空调所需电量。详细分析了系统中主要部件的性能与效率,包括测试了太阳能电池阵列的发电性能,发电功率随着温度的升高而下降,光电转换效率随辐照度增大而增加并逐渐趋于稳定。研究了变频空调的启动性能,其软启动的特点降低了逆变器的投资成本。研究了逆变器的效率与空调功率之间的关系,发现由于空调功率和逆变器额定容量之间差别较大导致实际逆变器效率低于其额定效率,并且随着负载功率的减小而降低;测试并对比了新旧蓄电池在性能方面的差异,旧的蓄电池由于单体蓄电池电压的不均衡、维护不善、受天气条件限制充电不及时等原因,安时效率、功率效率和电压效率均出现了下降。 利用TRNSYS软件建立了独立光伏空调系统的模型,并通过导入实测数据与模拟数据进行了对比,进一步对模型进行了修正,验证了模型的准确性。并利用经过验证的模型模拟了系统全年运行时的发电量和能耗情况。 【关键词】：光伏 独立 空调 设计 效率 TRNSYS
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM925.12;TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 符号说明10-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 背景和意义11-12
• 1.2 光伏发电技术的发展和现状12-15
• 1.2.1 国外发展历程及现状12-13
• 1.2.2 国内发展历程及现状13-15
• 1.3 光伏发电系统的分类15-16
• 1.4 光伏制冷技术的发展和应用现状16-20
• 1.4.1 太阳能光伏空调16-18
• 1.4.2 太阳能光伏冰箱18-20
• 1.5 本文的研究内容20-21
• 第二章 交流独立光伏空调系统构成21-34
• 2.1 太阳能电池阵列21-26
• 2.1.1 太阳能电池的主要作用21
• 2.1.2 太阳能电池的主要参数21-22
• 2.1.3 太阳能电池的分类22-23
• 2.1.4 影响阵列性能的因素23-26
• 2.2 蓄电池26-30
• 2.2.1 蓄电池的主要作用26
• 2.2.2 蓄电池的主要参数26-28
• 2.2.3 蓄电池的分类28-29
• 2.2.4 蓄电池在系统中的应用特点29-30
• 2.3 控制器30-32
• 2.3.1 控制器的主要作用30
• 2.3.2 控制器的主要参数30
• 2.3.3 控制器的分类30-32
• 2.4 逆变器32-33
• 2.4.1 逆变器的主要作用32
• 2.4.2 逆变器的主要参数32-33
• 2.4.3 逆变器的分类33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 交流独立光伏空调实验系统设计34-45
• 3.1 空调参数的确定34-36
• 3.2 逆变器参数的确定36-37
• 3.3 蓄电池组参数的确定37-39
• 3.4 太阳能电池阵列参数的确定39-43
• 3.4.1 方阵串联数的确定39
• 3.4.2 方阵并联数的确定39-41
• 3.4.3 方阵方位角和倾角的确定41
• 3.4.4 方阵前后间距的计算41-43
• 3.5 控制器参数的确定43-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第四章 交流独立光伏空调系统实验研究及模拟分析45-72
• 4.1 实验方法与仪器45-46
• 4.2 冬季采暖实验研究及分析46-53
• 4.2.1 冬季白天采暖实验46-51
• 4.2.2 冬季夜间采暖实验51-53
• 4.3 夏季供冷实验研究及分析53-57
• 4.3.1 夏季夜间实验与分析53-55
• 4.3.2 夏季白天实验与分析55-57
• 4.4 设备性能分析57-67
• 4.4.1 光伏发电性能分析57-60
• 4.4.2 空调启动性能分析60-61
• 4.4.3 逆变器效率分析61-63
• 4.4.4 蓄电池性能分析63-67
• 4.5 交流独立光伏空调系统的模拟67-70
• 4.5.1 模型的建立与验证67-69
• 4.5.2 全年运行模拟分析69-70
• 4.6 本章小结70-72
• 第五章 总结与展望72-74
• 5.1 研究结论72-73
• 5.2 工作展望73-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-78
• 攻读学位期间发表的学术论文78

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