化石能源的大量使用導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境問題,太陽能作為一種安全、豐富、環(huán)保的可再生能源,是目前發(fā)展前景較為廣闊的清潔能源之一。聚光光伏光熱一體化利用技術(shù)既可以通過太陽電池光電轉(zhuǎn)換提供電能,同時(shí)可以通過冷卻電池回收熱能進(jìn)行余熱利用。然而目前聚光光伏光熱一體化利用技術(shù)仍然存在著電池控溫和系統(tǒng)優(yōu)化的問題,本文針對(duì)這兩個(gè)問題,圍繞高倍聚光光伏冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)開展了實(shí)驗(yàn)和理論研究,主要內(nèi)容和結(jié)論如下:設(shè)計(jì)開發(fā)了高倍菲涅爾式聚光光伏光熱模組單元。通過光伏組件能量傳遞過程,從菲涅爾透鏡聚光過程、太陽電池光電轉(zhuǎn)換過程和熱能傳遞過程構(gòu)建了理論模型,并搭建了單模組箱光伏光熱系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試,對(duì)理論模型進(jìn)行驗(yàn)證,理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果保持良好一致。同時(shí),實(shí)驗(yàn)測(cè)試單模組箱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)性能,并對(duì)系統(tǒng)影響因素進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:系統(tǒng)發(fā)電效率為26.2%,太陽能綜合利用率為75.4%,且冷卻水流量對(duì)系統(tǒng)性能影響較大,需對(duì)系統(tǒng)依據(jù)不同工況制定不同的控制策略。通過大量模組單元的集成,搭建了100 kW級(jí)高倍聚光光伏冷熱電聯(lián)供示范系統(tǒng)。系統(tǒng)包括500倍菲涅爾式聚光光伏光熱模塊、水冷式余熱回收利用模塊、相變儲(chǔ)熱模塊、溴化鋰吸收式制冷... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院工程熱物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：105 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

世界一次能源消耗情況[1]

緋兀?湮露仍礁擼?獾繾?恍?示馱降停?誥植扛呶孿?甚至?xí)茐木w結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)永久性損傷。光熱利用技術(shù)可利用全光譜太陽能，但其直接獲得熱能，效率較低且工作環(huán)境安全性較低；光電利用可以獲得高品位電能，但是受電池光電效應(yīng)影響，將有部分波段太陽能無法利用。針對(duì)這些問題，上世紀(jì)70年代，Wolf等[23]首先提出了太陽能光伏與光熱互補(bǔ)利用的太陽能光伏光熱一體化（PVT）技術(shù)，該技術(shù)可以同時(shí)進(jìn)行光電和光熱轉(zhuǎn)換，顯著提高了太陽能綜合利用率。之后相關(guān)的研究被大量開展，典型平板式光伏光熱一體化裝置示意圖如圖1.2[24]。PVT系統(tǒng)通過太陽電池進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換獲取電能，其余耗散的熱能由下部熱能運(yùn)輸管道內(nèi)流體工質(zhì)加以收集利用，從而實(shí)現(xiàn)了電能熱能的綜合利用。PVT系統(tǒng)將光熱利用模塊和光電轉(zhuǎn)換模塊集成在一起，有效降低了裝置占用空間[25]。圖1.2典型光伏光熱一體化裝置[24]Figure1.2Typicalphotovoltaicthermalintegrationdevice[24]在太陽能光伏光熱一體化系統(tǒng)中，太陽光既可通過太陽電池轉(zhuǎn)換為電能，同時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生熱能可被回收利用。而對(duì)于聚光光伏光熱利用系統(tǒng)中，通過聚光提高進(jìn)入太陽電池能量密度，其轉(zhuǎn)換電能效率較高，同時(shí)熱能品位也更高，更能體現(xiàn)

緒論5圖1.4雙通道復(fù)合拋物面聚光鏡PVT系統(tǒng)[32]Figure1.4PVTsystemofdoublechannelcompositeparabolicconcentrator[32]Li等人[35]提出了一種以U型管為集熱器的PVT系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，這一設(shè)計(jì)保證了電池和集熱器的溫度均勻性。Proell等人[36]研究了PVT集熱器的最佳工作溫度。通過分析和碳減排分析，得出最佳出口溫度為60-80℃。在此基礎(chǔ)上，對(duì)3倍聚光倍數(shù)下復(fù)合拋物面聚光鏡PVT系統(tǒng)樣機(jī)在不同入射角和流體溫度下進(jìn)行了測(cè)試，同時(shí)介紹了不均勻光照對(duì)不同PVT系統(tǒng)發(fā)電效率的影響。他們對(duì)PVT集熱器的溫度分布也進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論研究[37]，結(jié)果表明，多通道鋁的集熱器性能優(yōu)于傳統(tǒng)銅板集熱器。AlImam等人[38]在吸收塔板和銅管下面，設(shè)計(jì)一層薄薄的石蠟作為相變材料來儲(chǔ)存電池產(chǎn)生的熱量。室外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，晴天PVT集熱器的總效率在55%~63%之間，在有云天氣PVT集熱器的總效率在46%~55%之間。晴天對(duì)應(yīng)的頂部熱損失值約為3W/(m2℃)，多云天氣對(duì)應(yīng)的頂部熱損失值約為2.5W/(m2℃)。對(duì)于低倍CPVT系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單，便于加工的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)電池表面溫度較低容易控制，工作環(huán)境也相對(duì)安全。但由于其聚光倍數(shù)較低，系統(tǒng)的發(fā)電效率也相對(duì)較低；對(duì)于電池的冷卻取熱損失也很大，熱效率相對(duì)較低，對(duì)入射太陽光的利用率較低，且可利用工質(zhì)品位也較差，不易進(jìn)行下一步的熱利用。1.2.1.2中倍聚光光伏光熱利用系統(tǒng)對(duì)于聚光倍數(shù)為10-100的中倍聚光光伏光熱利用系統(tǒng)，必須考慮到太陽跟蹤和更有效的冷卻方法，這使得中倍CPVT系統(tǒng)比低倍CPVT系統(tǒng)更復(fù)雜。Kerzmann和Schaefer[39-40]利用半球形線性菲涅爾透鏡，提出了一種雙軸跟蹤、聚光倍數(shù)為80的系統(tǒng)，如圖1.5所示，系統(tǒng)峰值發(fā)電功率為6.2kW。他們建立了能量模型并進(jìn)行模擬仿真，模擬結(jié)果表明，日照充足情


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