基于太阳能光伏光热综合利用的联产系统热力经济研究

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随着经济高速发展和人口增长,建筑能耗和相关碳排放量急剧上升。为了降低建筑能耗,太阳能光伏发电系统备受关注。然而,光伏组件只能将不到20%的太阳能转化为电能,而接近80%的太阳能则以热的形式散失到环境。为此,基于太阳能光伏光热综合利用的联产系统可显著提高太阳能利用效率,以促进建筑节能减排。联产系统的组件配置方案密切影响光伏光热一体化(PVT)集热器的运行温度和效率,对系统整体热力经济特性有显著作用,是影响系统应用潜力的关键因素。因此,本文通过Python编程对多种配置方案的太阳能光伏光热综合利用联产系统建立理论模型,基于热带城市的典型气象年,进行全年动态模拟,从而全面分析系统热力经济性能、深入研究系统关键设计参数的影响特性。结果表明,在基于吸收-压缩并行式复合制冷装置的联产系统中,采用半效吸收式制冷机替代传统的单效吸收式制冷机可提升系统的太阳能制冷和光伏发电性能。尽管半效吸收式制冷机的性能系数比单效吸收式制冷机低30%~50%,但半效吸收式制冷机可使PVT集热器的运行温度大幅降低,从而在一定程度上提升了其电效率、热效率及系统全年总节电量。与上述基于半效吸收-压缩并行式复合制冷装置的联产系统相比,基于单效吸收过冷-压缩式复合制冷装置的联产系统既具有较高的吸收式制冷循环性能系数,又可避免PVT集热器的运行温度过高,从而可保持较高的电、热效率,进一步提高了系统的太阳能制冷效率和节电量。在近优设计下,该联产系统的太阳能制冷效率可达到0.214,其年平均光伏发电效率为0.120,从而其太阳能综合利用效率高达0.334,达到传统光伏系统的2.2倍,且其全年总节电量比传统光伏系统高11%,相应的投资回收年期为8.7年。在基于单效吸收过冷-压缩式复合制冷装置的联产系统基础上,结合蓄冷运行策略可受益于分时电价,从而有效提升系统节能经济效益。当吸收式制冷机的比额定制冷量取0.2 k Wc/m~2,蓄热水箱和蓄冷水箱的比容积分别取30 L/m~2和50 L/m~2,可使系统的全年节省电费总量趋近最大值。该联产系统的全年节省电费总量可比传统光伏系统高19%,相应的投资回收年期为8.4年。本文可为太阳能光伏光热综合利用联产系统设计和优化提供理论依据与数据支持。
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