太陽能光伏光熱一體化熱泵-熱管系統(tǒng)性能研究.pdf

1、清潔能源太陽能的高效利用是緩解當(dāng)今能源緊缺與環(huán)境壓力的有效途徑之一，太陽能光伏光熱一體化系統(tǒng)(PVT)在利用太陽能發(fā)電的同時可提供建筑生活熱水，具有太陽能整體利用效率高、系統(tǒng)綜合成本低、安裝面積小等優(yōu)點。
　　本文研究了一種將熱管技術(shù)與光伏太陽能熱泵有機結(jié)合的太陽能光伏光熱一體化熱泵/熱管復(fù)合系統(tǒng)。該復(fù)合系統(tǒng)的循環(huán)流體制冷劑直接在光伏板背面的集熱管內(nèi)吸熱而蒸發(fā)，冷卻光伏電池以保障電能高效輸出，制冷劑吸收的熱量通過熱泵或熱管循環(huán)傳遞

2、給水箱以提供生活熱水等，從而實現(xiàn)太陽能光電、光熱高效綜合利用。本文圍繞該系統(tǒng)的光熱光電性能、熱泵模式的變?nèi)萘空{(diào)節(jié)策略及熱管-熱泵復(fù)合模式運行等關(guān)鍵問題開展理論和實驗研究。
　　通過對系統(tǒng)各部件的計算選型，制作了單晶硅太陽能光伏/集熱器，并搭建了以R22為工質(zhì)的實驗系統(tǒng)。將變頻壓縮機和電子膨脹閥應(yīng)用在PVT熱泵系統(tǒng)中，根據(jù)環(huán)境參數(shù)變化調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制冷劑循環(huán)量，保證光伏/集熱器與熱泵系統(tǒng)的容量相匹配，從而實現(xiàn)系統(tǒng)高效穩(wěn)定地運行。

3、　　為進(jìn)一步探究PVT熱泵/熱管熱水系統(tǒng)的運行規(guī)律及總體性能，對該復(fù)合系統(tǒng)的各部件建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，采用Visual C++編寫了太陽能光伏/光熱一體化熱泵系統(tǒng)和熱管系統(tǒng)的模擬程序。模擬結(jié)果與實驗值吻合較好，仿真程序的準(zhǔn)確性表明可為PVT熱泵系統(tǒng)的變?nèi)萘窟\行控制及熱管-熱泵復(fù)合模式的研究提供理論支撐。
　　在南京地區(qū)兩個相近的室外工況下，實驗測試不同壓縮機運行頻率條件下PVT熱泵熱水系統(tǒng)的熱泵制熱性能及光電輸出性能，并利用模型進(jìn)

4、一步分析了PVT熱泵系統(tǒng)變?nèi)萘康倪\行規(guī)律。為滿足熱泵系統(tǒng)在全年工況下高效制取生活熱水的需求，制定了熱泵系統(tǒng)性能系數(shù)COP高于4.0的約束條件，以此基準(zhǔn)得出了變?nèi)萘縋VT熱泵系統(tǒng)全年逐月的具體變頻調(diào)節(jié)方式以及系統(tǒng)的運行特性。研究結(jié)果表明，通過合理的壓縮機運行頻率調(diào)節(jié)，PVT熱泵系統(tǒng)可以維持熱泵COP在4.0以上的全年高效運行，比定容量系統(tǒng)更加節(jié)能，尤其在寒冷冬季時可節(jié)約30.8％的電能。
　　對太陽能光伏光熱一體化熱管模式在室外環(huán)境

5、條件下進(jìn)行了實驗測試，分析了該模式的運行性能。利用理論模型分析了熱管-熱泵復(fù)合運行模式，即首先運行熱管模式，當(dāng)冷凝水箱中的水溫達(dá)到一定溫度后，切換到熱泵模式運行。根據(jù)能耗和加熱時間制定了合理的切換策略，并對系統(tǒng)復(fù)合模式的全年運行特性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，在春秋季典型晴天工況下，熱管-熱泵復(fù)合模式的總耗電為0.853kWh，比熱泵獨立模式節(jié)約了40.6％的電能。在太陽輻射量充裕的春秋季，應(yīng)優(yōu)先采用熱管-熱泵復(fù)合模式;冬季太陽輻射少且環(huán)境溫