【摘要】：本文將PV/T利用技術(shù)與熱管技術(shù)相結(jié)合,構(gòu)建了一種新型的太陽能光伏環(huán)路熱管熱水系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能夠克服傳統(tǒng)PV/T系統(tǒng)冬季凍結(jié)、工質(zhì)泄露、集熱效率較低等問題,而且能夠進一步降低光伏組件的工作溫度,提高系統(tǒng)的光伏發(fā)電效率,有效提高了太陽能綜合利用效率。此外,該系統(tǒng)具有布置靈活、易于建筑集成等優(yōu)點,能夠同時為建筑提供生活熱水與電能,降低建筑能耗,符合我國低碳經(jīng)濟的發(fā)展趨勢。本文主要采用理論分析、數(shù)學建模等方法,對比了所建系統(tǒng)與強制循環(huán)PV/T熱水系統(tǒng)的運行特點,分析了不同氣候條件對目標系統(tǒng)運行性能的影響,研究了系統(tǒng)的社會經(jīng)濟效益。以期為該系統(tǒng)的工程應(yīng)用提供技術(shù)指導(dǎo)。本文研究的內(nèi)容主要包括以下幾方面:(1)分析太陽能光伏環(huán)路熱管熱水系統(tǒng)的運行原理;基于熱力學第一定律,建立該系統(tǒng)的傳熱模型,并利用Visual Basic 6.0編寫其仿真模擬程序;以強制循環(huán)PV/T熱水系統(tǒng)為基準系統(tǒng),借助TRNSYS軟件建立其仿真模型,為進一步對兩種系統(tǒng)的模擬研究做鋪墊。(2)基于所建立的模型,探討了兩種系統(tǒng)在寒冷地區(qū)典型工況與長期運行性能的變化規(guī)律,結(jié)果表明目標系統(tǒng)相比基準系統(tǒng)對PV層的冷卻效果更為明顯,板溫降低15.43℃,系統(tǒng)光電光熱綜合性能較為突出,太陽能光伏光熱綜合效率提升3.12%。(3)本文基于緯度修正的原則,確定了系統(tǒng)在北京、上海、廣州三個地區(qū)的最佳安裝傾角與朝向;從能源效率的角度分析,系統(tǒng)在廣州地區(qū)的光電光熱綜合效率達到56.00%,相比北京、上海兩地分別高出8.19%、5.58%,證實了本系統(tǒng)具有良好的氣候適應(yīng)能力,且最適用于夏熱冬暖地區(qū)。(4)基于優(yōu)化結(jié)果,本文選取電熱水器系統(tǒng)為基準系統(tǒng),進一步研究目標系統(tǒng)的社會經(jīng)濟效益,結(jié)果表明目標系統(tǒng)相比電熱水器系統(tǒng)均具有良好的節(jié)能效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟效益;本系統(tǒng)在廣州地區(qū)具有較好的節(jié)能效益與環(huán)境效益,在北京地區(qū)具有較好的經(jīng)濟效益,系統(tǒng)的具體應(yīng)用與三種效益的先后關(guān)系相關(guān)。
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU822;TU18
【圖文】：

圖 2-5 仿真算法可視化界面根據(jù)上文所建立的系統(tǒng)數(shù)學模型，使用 Visual Basic 6.0 軟件編譯相應(yīng)的仿真程序，進行模擬計算。根據(jù)本課題組前期的實驗經(jīng)驗可知，該模擬程序的誤差在工程設(shè)計允許的范圍內(nèi)，具體計算步驟如下：(1) 設(shè)定各組成結(jié)構(gòu)的初始溫度；(2) 將冷凝段管壁溫度 Tpc的初始值帶入能量平衡方程組，依次確定冷卻水溫度Tw，蒸發(fā)段管壁溫度 Tp,e，集熱板溫度 Tc，光伏組件工作溫度 Tp及玻璃平板溫度 Tcg；(3) 將玻璃平板得熱量、散熱量的計算值與初始值作對比，如果誤差大于 0.01，則重置初始值進行迭代計算，如果誤差在收斂精度范圍內(nèi)，則輸出計算結(jié)果；(4) 判斷是否達到設(shè)定時間，如果沒有，則繼續(xù)重復(fù)上述步驟，如果達到設(shè)定時間，則進行熱電性能計算；(5) 判斷是否達到設(shè)定日期，如果沒有達到，則重新進行迭代計算，如果達到設(shè)定日期，則直接輸出 Tp,c，Tw，Tp,e，Tc，Tp，Tcg，總太陽輻照 I 以及光熱功率 Qc和光電功率 Qe；

管路等組成。該系統(tǒng)最明顯的特征就是利用設(shè)置在管路上的循環(huán)水泵提供循環(huán)動力，循環(huán)流量較大；循環(huán)水泵的啟動和關(guān)閉必須要有一定的控制，通常以溫差控制為主；水既是系統(tǒng)的循環(huán)介質(zhì)也是系統(tǒng)的蓄熱介質(zhì)。圖2-6是采用TRNSYS瞬態(tài)系統(tǒng)模擬軟件建立的強制循環(huán)PV/T熱水系統(tǒng)仿真模型，該模型選用的主要模塊見表2-2。PV/T集 熱 器氣 象 數(shù) 據(jù)在 線 輸 出 設(shè) 備 -1在 線 輸 出 設(shè) 備 -3水 泵 控 制 器補 水 控 制 器循 環(huán) 水 泵溫 差 控 制 器蓄 熱 水 箱效 率 計 算負 荷 計 算三 通分 流 調(diào) 節(jié) 器在 線 輸 出 設(shè) 備 -2打 印 機圖 2-6 強制循環(huán) PV/T 熱水系統(tǒng)系的仿真模型

3.2 北京地區(qū)氣象特征TRNSYS中的典型年的氣象數(shù)據(jù)是由目標地區(qū)8760個小時的逐時氣象值構(gòu)成，其中包括太陽輻照度、空氣溫度、風速等。如圖3-1與圖3-2分別是TRNSYS中北京地區(qū)TMY典型氣象年35°傾斜面全年逐時太陽輻照度與全年逐時空氣溫度變化圖。圖 3-1 北京地區(qū)全年逐時太陽輻照度從圖 3-1 可以看出，北京地區(qū)全年逐時太陽輻照度呈現(xiàn)先降低后升高的變化趨勢，其中，1 月~5 月以及 9 月~12 月太陽輻照度的變化幅度較小且均值較高，6 月~8月處于夏季，極端天氣較多且多雨，太陽輻照度較低且變化幅度較大�？傮w而言，

【參考文獻】

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本文編號：2785544