發(fā)布時間：2020-11-18 21:54

　　 太陽能有儲量豐富、清潔無污染的特點,因而具有巨大的發(fā)展?jié)摿σ约皬V闊的應(yīng)用前景。目前在物理上的應(yīng)用主要是光熱利用以及光伏發(fā)電。太陽能光伏光熱(PV/T)集熱器是一種集光伏發(fā)電與光熱利用于一體的新型太陽能利用裝置。在這個基礎(chǔ)上,將PV/T集熱器與相變蓄能材料(PCM)結(jié)合成一體,構(gòu)成太陽能光伏光熱蓄能器(PV/T/PCM)。太陽能經(jīng)過集熱器的轉(zhuǎn)化,同時產(chǎn)生電能和熱能,前者被直接利用,后者可以在蓄能器儲存起來留待后用。在本文中,第一章簡要敘述能源發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢,并主要介紹了一種在太陽能技術(shù)領(lǐng)域中新型的綜合型光伏光熱蓄能系統(tǒng);第二章比較了具有不同冷卻流體的雙流道PV/T集熱器的動態(tài)性能;第三章制備出一種適合PV/T工況的復(fù)合相變材料(CPCM)并給出了材料特性分析;第四章則將相變材料引入PV/T集熱器,研究了 PCM植入位置和厚度的改變對PV/T蓄能器動態(tài)性能的影響;第五章通過改變PCM層設(shè)計參數(shù),對PV/T蓄能器的模擬結(jié)果進行對比分析,提出優(yōu)化能量輸出的設(shè)計方案。最后,對下一步的研究工作提出一些建議。根據(jù)能量平衡方程,建立PV/T系統(tǒng)數(shù)學模型,計算得到系統(tǒng)在給定天氣條件下,電池板溫度、光伏轉(zhuǎn)換效率、出口水溫、光電效率、光熱效率等性能參數(shù)的變化規(guī)律,是分析PV/T系統(tǒng)動態(tài)特性比較常用的處理方法。各章的主要結(jié)論如下。1.不同工質(zhì)的雙流道PV/T集熱器的動態(tài)特性電池板溫度、光電功率、光熱功率與光熱效率隨著光照強度的增強而升高,但光伏轉(zhuǎn)換效率、光電效率隨光強的增強而降低。相對于太陽輻射強度,出口水溫受環(huán)境溫度的影響比較大。此外,集熱器總效率比較穩(wěn)定,大致維持在80%-83%之間。水-水冷型集熱器在4種冷卻方式中綜合表現(xiàn)最優(yōu)異。在應(yīng)用中,水-水冷卻型集熱器可以供給的熱水流量最大(39.4℃,0.1 kg/s);氣-水冷型可以提供的熱水溫度最高(40.9℃,0.05 kg/s);氣-氣冷型集熱器可以提供溫度最高且流量最大的熱空氣(45.6℃,0.1 kg/s)。對于水-水冷型集熱器,水流流量與流道高度比的增加,能夠一定程度上帶來系統(tǒng)光電效率、總效率的提高。在這一章的工作中,0.15kg/s的水流量以及3:1的高度比是最優(yōu)的。2.復(fù)合相變材料的制備、分析在共晶混合物中,硬脂酸-十八烷(SA-ODE)充當相變蓄能材料,而六方氮化硼(HBN)的引入可以在一定程度上提高共晶物的導(dǎo)熱系數(shù)。SA-ODE共晶物可以均勻吸收HBN且沒有產(chǎn)生化學反應(yīng)。制備出的CPCM具有比較高的相變潛熱,該值與HBN的含量呈負相關(guān)。根據(jù)TGA分析,CPCM具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性,在70℃以下的熱循環(huán)重量損失小于0.1%。摻入10%重量百分比HBN的CPCM具有最優(yōu)秀的綜合性能表現(xiàn)。3.PV/T/PCM蓄能器的動態(tài)特性對于PV/T/PCM蓄能器,隨著太陽輻射強度的增強,電池板溫度升高到76.7℃,光電功率提高到106.1W。同時光伏轉(zhuǎn)換效率降低到9.2%,并且光電效率降低到6.7%。有用熱功率隨著輻射強度變化,在12:00的上層PCM方案中達到435W的最大值。此外,出口水溫隨著環(huán)境溫度變化,在12:00的無PCM方案中達到42.4℃的最大值。在三種PCM植入方案下,上層PCM方案具有最佳的綜合性能,總效率比無PCM方案高了 10.7%。在該方案下,3cm厚的PCM層的PV/T/PCM的電氣性能與熱力性能同時達到最佳值。4.最大化PV/T/PCM蓄能器的能量輸出植入熔點30℃PCM層的集熱器具有最優(yōu)異的電氣性能。熔點60℃模式可以提供溫度最高的熱水,在17:30,出口溫度和光熱功率取得最大值,分別為30.24℃和1096W。而熔點40℃可以從17:00到22:00不間斷提供熱水,工作時間最長。植入熔點40℃PCM層的集熱器具有最高的熱能輸出。此外,植入3.4cm厚、熔點40℃的PCM層的集熱器可以獲得最高的總能量輸出。
【學位單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TB34;TK513.5
【部分圖文】：

該裝置可以在一定程度上改善太陽能在短期內(nèi)的間歇性問題。ＰＶ／Ｔ蓄能器可以在??白天供能富余時，將富余熱量儲存在ＰＣＭ層內(nèi)，在晚上將之釋放以滿足夜間熱能的需??要。圖１．２［５７］為一種典型的ＰＶ／Ｔ蓄能器的基本結(jié)構(gòu)示意圖。??一、．＂Ｗ??圖１．２?ＰＶ／Ｔ蓄能器的基本結(jié)構(gòu)??１．４．２?ＰＶ／Ｔ蓄能器研究現(xiàn)狀??與ＰＶ／Ｔ集熱器相比，ＰＶ／Ｔ蓄能器這個理念更具時代性，其對太陽能光伏光熱系統(tǒng)??性能的提高也很有效。Ｂｒｏｗｎｅ［５８］等人發(fā)現(xiàn)將ＰＣＭ的引入ＰＶ／Ｔ集熱器是一種增強電??池板散熱的有效方法，ＰＣＭ引入ＰＶ／Ｔ集熱器前后的最大溫度差達到５．５°＜＾Ｎａｖａｉｒ〇［５９］??７??

效率、電功率、電效率、熱輸出功率和熱效率等。接著作出這些參數(shù)隨時間變化的曲線。??此外，還討論了工質(zhì)的流量及上下流道的高度比對雙流道ＰＶ／Ｔ集熱器的動態(tài)性能的影??響。該雙流道ＰＶ／Ｔ集熱器截面結(jié)構(gòu)如圖２．１所示。其中：??■模式（ａ）：上下流道工質(zhì)分別為水和空氣，記為水－氣冷型??■模式（ｂ）：上下流道工質(zhì)分別為空氣和水，記為氣－水冷型??■模式（ｃ）：上下流道工質(zhì)都為空氣，記為氣－氣冷型??■模式（ｄ）：上下流道工質(zhì)都為水，記為水－水冷型????Ｇｌａｓｓ?ｃｏｖｅｒ??Ｓｏｌａｒ?ｃｅｌｌ??Ｂａｃｋｐｌａｎｅ??Ｓｈｅｌｌ???—?ｗａｔｅｒ?ｆｌｏｗ??—??—?ａｉｒ?ｆｌｏｗ??—???—?ａｉｒ?ｆｌｏｗ??—??ｗａｔｅｒ?ｆｌｏｗ??—??（ａ）?（ｂ）???一?ａｉｒ?ｆｌｏｗ??—????ｗａｔｅｒ?ｆｌｏｗ??—

（ｃ）?（ｄ）??圖２．９各模式工作流體出口溫度隨時間變化的曲線??熱輸出功率隨時間變化的曲線如圖２．１０所示。在這段時間內(nèi)，四種模式下的熱輸出??功率幾乎相等。趨勢都是先升高后降低，在正午達到峰值。通過曲線局部放大圖，還是??能看出水－水冷卻模式在正午達到最大值，為９７８．３Ｗ。而氣－水冷卻模式為最小值??９５４．７Ｗ，兩者之間相差２３．６Ｗ，僅不到２．５％。??１．０?????。８??Ｉ°４＿??ｈ?／?ｊ?ｙ?＼??Ｉ?Ｐ?ｙ?幽一ａｉｒ－ａｉｒ?＼??。？二?＿?／?ｗａｔｅｒ－ｗａｔｅｒ?＼??／?：?Ｘ??Ｑ?〇?■?Ｉ?ｉ?Ｉ?■?Ｉ?ｉ?曹?ｉ?Ｉ?？?Ｉ??６：００?８：００?１０：００?１２：００?１４：００?１６：００?１８：００??Ｔｉｍｅ??圖２．１０熱輸出功率隨時間變化的曲線??２６??

本文編號：2889248