【摘 要】
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太阳能光伏光热（Photovoltaic/thermal,PV/T）系统就是将光伏电池和集热器综合起来,在光伏板背面铺设集热器,让集热器中流体通过管道带走热量,同时产生电热两种效益,提高太阳能综合利用效率,其中,系统中的工作流体和管道结构是影响利用效率的关键因素。相变微胶囊悬浮液（Microencapsulated phase change material slurry,MPCMS）作为一种新型
【基金项目】
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河北省自然科学基金（No.E2019202184）；
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太阳能光伏光热（Photovoltaic/thermal,PV/T）系统就是将光伏电池和集热器综合起来,在光伏板背面铺设集热器,让集热器中流体通过管道带走热量,同时产生电热两种效益,提高太阳能综合利用效率,其中,系统中的工作流体和管道结构是影响利用效率的关键因素。相变微胶囊悬浮液（Microencapsulated phase change material slurry,MPCMS）作为一种新型工作流体,具有较高的储热密度和热容量,使用MPCMS作为工作流体对PV/T系统性能的提高具有一定的潜力,因此本文制备了不同浓度的MPCMS,并测量了比热容、DSC、粘度、导热系数等物性参数。在传统水冷式PV/T系统的研究基础上,搭建了基于MPCMS的PV/T系统实验平台,并采用数值模拟方法探究了不同管道形状对MPCMS-PV/T系统性能的影响。本文基于MPCMS的PV/T系统实验平台,研究了水流量和悬浮液浓度对性能的影响。研究结果表明水流量从0.0024 kg/s增加到0.0085 kg/s时,PV板温度降低了3.61℃左右,电效率升高了0.3%,冷却水每增加0.1 kg/s的流量,系统电效率提高4.92%;当流量为0.0045 kg/s时,热效率和综合效率最佳。系统的电（火用）随着流量的增加而增加,热（火用）和（火用）效率则是随着流量增加而减少。与去离子水相比,使用5%MPCMS作为工作流体,系统的热电效率和（火用）效率都得到了提高,其综合效率提高了1.53%,（火用）效率提高了12.12%,由此可见,相变微胶囊悬浮液可以有效地提高PV/T系统的性能且优于传统水冷式。采用数值模拟方法研究了扁平管道对MPCMS-PV/T系统性能的影响。与圆管道系统相比,扁平管道系统的性能得到明显提高,综合效率和（火用）效率分别提高了4.73%和5.35%,此外在光滑扁平管道基础上,加装凹槽并分析了凹槽高度、凹槽形状、凹槽个数对系统性能的影响,发现凹槽的不同结构参数对系统性能的影响程度也不相同,通过对其综合效率的对比,凹槽高度的改变对系统效率的提升幅度较大。采用数值模拟方法探究了内插扭带扁平管道对MPCMS-PV/T系统性能的影响。结果表明随着扭带扭率的减少,系统的性能逐渐提高。当扭带扭率为3时,相比光滑扁平管道系统,综合效率和（火用）效率分别提高了3.66%和1.3%。并利用场协同原理对凹槽扁平管道和内插扭带扁平管道PV/T系统性能的提升进行了机理探讨,结果发现内插扭带管道系统的协同角最小,速度场与温度场协同性最好,对流换热强度高,PV/T系统性能最好。
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