太阳能光伏环路热管热水系统性能优化研究

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针对太阳能光伏环路热管热水系统在夏、冬季运行中存在工作温度过高或光热、光电效率较低两种典型的不利工况,本文提出了一种被动式调节运行模式,即在满足日常生活热水需求的前提下,将空调房间的排风或周围空气分流道通入太阳能集热蒸发器的空气通道内,调节太阳能集热/蒸发器的工作温度,以期达到优化目标系统运行性能的目的。基于质量、动量和能量守恒定律,借助Fluent软件建立了光伏环路热管集热/蒸发器的数学建模,依据所建模型,分别模拟分析了系统在亚热带、热带不同气候区的性能变化规律及优化效果;同时,研究分析了不同通风策略对系统性能的影响,对比分析了利用空调排风和周围空气对系统性能的影响,应用室外实测数据验证了所建模型的准确性。本文研究内容包括以下几个方面:(1)针对太阳能光伏环路热管热水系统两种典型不利工况,提出利用空调排风的被动式调节优化方法,确定光伏环路热管集热/蒸发器的流道结构、通风起止时间及通风策略。(2)为验证所提优化方法的有效性,利用Fluent软件建立被动调节模式下太阳能集热/蒸发器的数学模型,模拟分析了不同流道结构、不同运行策略对系统性能的影响,研究结果显示所提优化方法在夏季工况下能显著降低光伏电池的工作温度,还使其温度场分布更加均匀,有助于延长其使用寿命;冬季工况下使热管循环的启动时间明显提早。(3)为进一步验证所提优化方法的有效性,针对夏季工况,模拟分析了利用空调排风和周围空气对系统性能的影响,对比分析了系统在热带和亚热带地区的运行性能,结果表明两种不同的通风对系统性能的提升效果差别较小,在热带气候条件下系统光电效率提升更加明显。
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