【摘 要】
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太阳能作为可再生、清洁能源在解决能源危机和环境污染等问题方面具有重大潜力。近年来,液体分频太阳能聚光光伏光热(CPV/T)技术由于能同时获得电能和热能而备受关注。而将纳米流体分频技术应用于分频PV/T系统是一种高效、可控并具有较好前景的技术方案,其从本质上实现了光伏部分与光热部分的热解耦,同时也获得比传统CPV/T系统更高品位的热能,实现了全光谱高效利用,进而提升了太阳能的综合利用效率。本文以分频
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太阳能作为可再生、清洁能源在解决能源危机和环境污染等问题方面具有重大潜力。近年来,液体分频太阳能聚光光伏光热(CPV/T)技术由于能同时获得电能和热能而备受关注。而将纳米流体分频技术应用于分频PV/T系统是一种高效、可控并具有较好前景的技术方案,其从本质上实现了光伏部分与光热部分的热解耦,同时也获得比传统CPV/T系统更高品位的热能,实现了全光谱高效利用,进而提升了太阳能的综合利用效率。本文以分频纳米流体CPV/T系统为研究对象,首先,理论分析了具有不同结构型式CPVT系统的性能。其中,主要研究了分频侧真空层,以及集热器与光伏电池之间的添加传热介质对的复合系统的影响。此外,还分析了长期高温运行的影响。结果表明,分频侧真空层,以及热接收器与太阳能电池之间的传热介质都会影响到光伏电池所接受能量特性和整个组件的温度,进而直接影响复合系统的电学性能和热学性能。其中,真空层的设置降低了大约4%的电效率,但也显著提高了热效率。而在冷却液流量较大的情况下,无真空层结构表现出更高的能效和(火用)效率。此外,研究发现在热接收器和光伏电池之间设置空气层,相比于真空层或固体层要更有优势。为了获得更有效的CPVT配置,文章从系统整体性能的角度出发,针对不同结构布置的CPVT(即单通道和双通道布置,D-CPVT和S-CPVT)系统进行了对比分析。此外,还对分频纳米流体的光学窗口以及介质的热容进行了综合研究。结果表明,提高分频液体的比热容可使D-CPVT和S-CPVT的热效率分别提高3.52%和2.19%,系统的总效率分别提高5.8%和4.5%。值得注意的是,液体吸收式分频器的选择在很大程度上取决于其应用,适合的分频液可以提高CPVT系统的电学性能。由上述研究可知,分频纳米流体在CPVT系统中具有选择性吸收和强化流动换热的双重功能,本文根据不同制备条件合成了 SiO2-H2O纳米流体。研究了纳米流体的高温稳定性以及光学性质。分析了超声温度、测试温度、纳米颗粒体积分数、静置时间等因素对纳米流体光学性能的影响。实验结果表明,制备过程中适当降低超声温度有利于提高纳米流体的稳定性,其中,当超声温度为30℃时,其稳定性最好;而当测试温度升高到90℃时,纳米流体的吸收率降低,并且在较高的温度下更容易发生团聚。综合以上研究,可以发现纳米颗粒的加入有助于提高基液的光谱吸收能力,故与使用纯水分频相比,分频纳米流体基PV/T系统能量效率得到大幅提高。
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