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與光伏太陽能熱泵有機結合的太陽能光伏光熱一體化熱泵/熱管復合系統(tǒng)。該復合系統(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、熱泵模式的變容量調節(jié)策略及熱管-熱泵復合模式運行等關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為工質的實驗系統(tǒng)。將變頻壓縮機和電子膨脹閥應用在PVT熱泵系統(tǒng)中，根據(jù)環(huán)境參數(shù)變化調節(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，對該復合系統(tǒng)的各部件建立相關的數(shù)學模型，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。模擬結果與實驗值吻合較好，仿真程序的準確性表明可為PVT熱泵系統(tǒng)的變容量運行控制及熱管-熱泵復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

4、一步分析了PVT熱泵系統(tǒng)變容量的運行規(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，以此基準得出了變容量PVT熱泵系統(tǒng)全年逐月的具體變頻調節(jié)方式以及系統(tǒng)的運行特性。研究結果表明，通過合理的壓縮機運行頻率調節(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-熱泵復合運行模式，即首先運行熱管模式，當冷凝水箱中的水溫達到一定溫度后，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)復合模式的全年運行特性進行了分析。結果表明，在春秋季典型晴天工況下，熱管-熱泵復合模式的總耗電為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，應優(yōu)先采用熱管-熱泵復合模式;冬季太陽輻射少且環(huán)境溫