【摘 要】
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太阳能发电可以提供纯净和稳定的能源,与其他形式的能源相比具有巨大的发展潜力。太阳能光伏光热（PV/T）技术将光伏技术和光热技术结合起来,通过利用不同波段的太阳能同时产生电能和热能,提高了整个系统的太阳能利用率。然而,在太阳辐照强度随时间下降时,不论是传统太阳能水集热器还是不同结构的PV/T集热器的流体工质的出口温度都会大幅下降,造成出水口温度过低。本文借鉴光伏组件与太阳能集热器相结合的原理,提出了
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太阳能发电可以提供纯净和稳定的能源,与其他形式的能源相比具有巨大的发展潜力。太阳能光伏光热（PV/T）技术将光伏技术和光热技术结合起来,通过利用不同波段的太阳能同时产生电能和热能,提高了整个系统的太阳能利用率。然而,在太阳辐照强度随时间下降时,不论是传统太阳能水集热器还是不同结构的PV/T集热器的流体工质的出口温度都会大幅下降,造成出水口温度过低。本文借鉴光伏组件与太阳能集热器相结合的原理,提出了一种新型PV/T集热器,主要通过水泥砂浆层吸热并蓄热,将热量相对稳定的传递给工作流体,通过理论结合实验的方法提升PV/T系统的应用效果。提出了新型PV/T集热器的构造方法,用水泥砂浆材料将PV/T集热器的管道覆盖,从而利用水泥砂浆层的蓄热作用,在太阳辐射强度下降时,依然可以为管道中的流体工质提供热量,能够有效减少流体工质的出口温度随太阳辐射度的降低而降低的情况。针对该PV/T集热器的光热与光电转换过程进行了理论上的分析,并且针对该PV/T集热器的特点,提出了评价方式。建立了使用水泥砂浆层的新型PV/T集热器的实验测试平台,并对其进行了实验测试,结果显示,使用水泥砂浆层的新型PV/T集热器,集热器瞬时光热效率截距为60%,斜率为3.7w/（m~2·K）,光伏效率约为7.8%。与传统太阳能集热器和常规PV/T集热器进行比较分析,发现使用水泥砂浆层的PV/T集热器的光热效率、光伏光综合效率特性优于常规的PV/T集热器,因为水泥砂浆层作为蓄热材料,实验中出水口的温度在太阳辐照度减小时,下降幅度比不使用水泥砂浆层的集热器小5.7℃。按照使用水泥砂浆层的新型PV/T集热器的传热过程,建立了集热模式与光伏效率的仿真模型,对集热器的光伏光热性能进行了计算,并进行了实验验证。结果显示,集热器光热效率和光伏效率的误差分别为4.37%和3.06%,数值模拟结果与搭建实验平台进行实验测试结果基本吻合,证明模型可以较为准确的预测集热器的光伏光热性能。比较了不同结构和运行参数对于使用水泥砂浆层的新型PV/T集热器光伏光热以及光伏光热综合效率性能的影响,通过控制变量法设置了水泥砂浆层厚度、管径、吸热板厚度、吸热板材质等结构参数,风速和进口处流体工质的质量流量等运行参数的变化范围。最后,对使用水泥砂浆层的新型PV/T集热器进行了经济性分析,在生活用水方面,使用水泥砂浆PV/T平板集热器与燃气热水器和电热水器相比可以节约50%以上的费用。同时,计算了沈阳、郑州、西宁三个典型城市的静态回收期、动态回收期和二氧化碳减排量,为节能减排做出更多的贡献。
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