光伏太陽能熱泵的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和變?nèi)萘靠刂蒲芯?pdf

1、光伏一體化的太陽能熱泵熱水器是建筑利用太陽能這種可再生能源和建筑節(jié)能降耗的有效裝置。它使用光伏集熱蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)光伏/光熱一體化綜合利用，達(dá)到較高的太陽能綜合利用效率，且節(jié)約占地面積、有利于建筑一體化。本文構(gòu)建的光伏一體化的太陽能熱泵熱水器能基本實(shí)現(xiàn)全年提供150L/50℃的生活熱水，滿足三口之家全年的生活熱水需求。本文對(duì)光伏太陽能熱泵熱水器的重點(diǎn)問題，光伏管板式集熱蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)化、實(shí)時(shí)變?nèi)萘靠刂葡到y(tǒng)和控制策略，進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究

2、。
　　首先，建立了系統(tǒng)主要部件的數(shù)學(xué)模型，定義了以光伏集熱蒸發(fā)器背板平均溫度為基準(zhǔn)的UL，給出了光伏集熱蒸發(fā)板吸熱量的詳細(xì)計(jì)算式，光伏集熱蒸發(fā)板模型同時(shí)適用于采用晶硅組件或玻璃基底的薄膜電池組件的光伏蒸發(fā)板。使用Visual Basic6.0編寫了該系統(tǒng)的仿真運(yùn)行程序。
　　其次，采用一次能源節(jié)約效率評(píng)價(jià)光伏集熱蒸發(fā)板的綜合性能，以銅銦鎵硒(CIGS)光伏管板式蒸發(fā)器為例，使用Visual Basic6.0編寫程序模擬分析

3、管板式集熱器的主要結(jié)構(gòu)因素:蒸發(fā)管管內(nèi)徑、單管長和管間距對(duì)光伏集熱器性能的影響。通過分析，減小蒸發(fā)管內(nèi)徑、減小管間距和增大管長均有利于提高光伏管板式集熱器的熱、電和一次能源節(jié)約效率。同時(shí)，減小蒸發(fā)管內(nèi)徑和增大管長時(shí)，流經(jīng)集熱板的制冷劑壓降增大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)控制其他局部阻力來保證性能。
　　優(yōu)化設(shè)計(jì)了單晶硅型管板式集熱蒸發(fā)板，在南京地區(qū)搭建了基于PLC的變頻光伏太陽能熱泵熱水器實(shí)驗(yàn)臺(tái)，用4.32m2集熱板搭配1HP工質(zhì)R22的變頻壓縮機(jī)

4、和150L保溫水箱，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)空載、定頻運(yùn)行和受控變頻運(yùn)行，制取生活熱水。根據(jù)多次定頻運(yùn)行試驗(yàn)和空載運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果，檢驗(yàn)了仿真運(yùn)行程序和衍生的空載運(yùn)行程序的精確性。
　　接著，采用電子膨脹閥、變頻壓縮機(jī)、PLC、變頻器、太陽總輻射表和熱電偶等開發(fā)了光伏一體化的太陽能熱泵熱水器的實(shí)時(shí)變?nèi)萘靠刂葡到y(tǒng)和相應(yīng)的控制程序。制定了變?nèi)萘靠刂撇呗缘脑瓌t:對(duì)環(huán)境工況、運(yùn)行頻率分檔進(jìn)行策略制定;按各月理論輻射強(qiáng)度大于200W/m2的時(shí)長確定預(yù)定最大

5、制熱水時(shí)長;按照滿足實(shí)時(shí)環(huán)境工況下制熱水時(shí)長限制的實(shí)時(shí)最低運(yùn)行頻率運(yùn)行。通過各工況、頻率的模擬運(yùn)行結(jié)果和控制策略原則制定了南京地區(qū)本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的控制策略表。針對(duì)高太陽輻射強(qiáng)度和低于環(huán)境溫度的水箱初溫時(shí)可能產(chǎn)生的蒸發(fā)壓力和冷凝壓力倒掛情況，制定了啟動(dòng)階段的頻率策略。定義“轉(zhuǎn)換水溫”為系統(tǒng)能以策略表擬定的最低運(yùn)行頻率運(yùn)行的最低水箱溫度。分析了實(shí)際自然環(huán)境工況下，由于氣溫日變化和輻射日變化峰值有時(shí)間差，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間對(duì)全天凈發(fā)電量的影響。根據(jù)模擬發(fā)

6、現(xiàn)，啟動(dòng)時(shí)間若較以正午12點(diǎn)為中心根據(jù)預(yù)測制熱水時(shí)長確定的啟動(dòng)時(shí)間稍延遲，會(huì)有利于減少系統(tǒng)能耗，提高全天凈發(fā)電量。本文的啟動(dòng)時(shí)間策略選擇晴天推遲半小時(shí)啟動(dòng)系統(tǒng)?？刂撇呗员?、啟動(dòng)階段的頻率策略和啟動(dòng)時(shí)間策略構(gòu)成了本文的綜合控制策略。根據(jù)理論分析和模擬結(jié)果，證明當(dāng)前光伏集熱面積和水箱容積比的條件下，提高運(yùn)行頻率不利于增加全天凈發(fā)電量，無法實(shí)現(xiàn)光伏直驅(qū)的太陽能熱泵熱水器。
　　通過實(shí)時(shí)變?nèi)萘窟\(yùn)行試驗(yàn)，模擬對(duì)比其他兩種變?nèi)萘靠刂品绞?按當(dāng)