太阳能pvt集热系统设计与特性测试.docx

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引言

随着时代的进步和科技发展，传统能源消耗加剧，储量不断减少，传统能源已无法再为人类活动提供长期的资源支持，再就是生态环境日益恶化，开发清洁、无害的可再生能源已成为国际社会的普遍共识。人们不断深入对可再生能源利用的相关研究，渴望用可再生的新能源来替代传统能源。在已知的新能源当中，太阳能因其分布广泛、储量大，取之方便、并且有较高利用性以及制备工艺相对成熟等优势受得以迅速发展。早在古时候就有了太阳能的利用的案例，像阳燧取火、日冕等。现代太阳能利用主要包含三方面：光热、光伏以及光化学。其中最常见的是光伏利用，但单一的光伏发电，会大大降低太阳能的利用效率，大部分太阳能会被反射回大气，而另一部分会转化成热能，进入电池，抬升光伏电池的温度，导致太阳能电池效率降低。

早在上世纪七十年代，Kern和Russell[1]就提出了光伏/热太阳能系统概念。双生能系统是一种让太阳电池未能吸收的光透过电池缝隙为电池下端的集热器加热，同时输出电热能的系统。

由于双生能系统之间会相互影响，故而在实际研究中引入了冷却流体这一概念，而根据冷却流体的不同可以把系统分为水冷型和空冷型两类。本文所研究的是空冷型系统。在空冷型集热研究中：孙健[2]等人设计出新型PV/T一体化空气集热器，证明了通过一定风速的空气流动，可以以热对流,热传导的形式对系统内的空气进行热交换，降低电池温度，保证电池效率。赵军等[3]设计的空气制冷型PV/T系统，测试自然风和强迫通风下系统的电热效率，结果表明，在强迫通风下系统的综合效率更高。另外还有季杰等[4]在传统平板水器基础之上设计了(PV/T)一体化系统，测试发现该系统效率明显高于单一的热水系统或光伏系统。在双玻组件的研究上，刘瑞军[5]等人分析了双玻太阳能电池与普通电池的差异，提出:尽管玻璃有较好的耐热性和散热性，但由于双层玻璃在压封装过程中，因为挤压,易出现气泡，移位，电池裂开，玻璃碎裂等现象，在实际生产中难度较大。

由上述研究者的研究成果可知，尽管PV/T系统具有同时产出双生能的优势，但PV/T太阳能集热系统在理论上仍存在着电池受环境温度的影响而效率不高的问题，再有就是太阳能电池的透光性，可应用性等问题的影响，故而PV

/T系统暂时未能在社会中得到广泛的应用。为了解决在这一系列问题，本文设计了一种新型太阳电池PV/T集热系统，在原有的双玻电池上改进，用透明塑料背板替代玻璃背板，避免了双层玻璃挤压出现的一系类问题。通过电热特性测试，对两种系统的展开分析研究。

1.系统结构设计、工作原理

1.1系统结构

太阳能PV/T集热系统主要包含有太阳能光伏系统和太阳能集热系统两部分。

太阳能光伏系统包括太阳能电池组件以及蓄电池；集热系统包括了吸热片，钢管，铜管，软胶管，铝合边框，保温罩，挤压板。

新型的光伏组件相比常规的双玻光伏组件，取消了一层背板玻璃，减少厚度同时也减轻了电池组件的质量。如图所示：

图1.1双玻电池组件结构图图1.2新型电池组件结构图

图1.3电池组件排版图1.4电池组件叠层

图1.5双玻太阳电池组件实物图图1.6新型太阳电池组件实物图

太阳能电池组件与吸热板中间隔有一层空气层，起热交换作用，排管中通入冷空气，背面是由挤压板和其他保温材料组成的保温层。为了减少热损失，提高系统效率。如图所示:

图1.7单玻新型系统截面图

图1.8双玻系统截面图

在太阳能PV/T集热系统中，电池组件负端串联电阻，在电阻前引出导线测组件工作电流，然后再在蓄电池上并联电阻分压，从中引出导线测试组件工作电压，最后再与蓄电池相连。钢管封一端开一端，管身上开有6个小口焊上铜管，并用软胶管将其与吸热片上排管相连，铝合框架将光伏，光热系统集于一体。系统背面用挤压板结合热熔胶密封保温。系统两头钢管套上保温材料并盖上保温罩，既起到保温作用又有隔热效果。如图所示：

图1.9光伏，光热系统全貌图

1.2系统工作原理

系统正常工作时，一部分太阳光经太阳电池光电转化，将光能转换为电能储存到蓄电池当中；另一部分太阳光从太阳电池的间隙中透过并照射在吸热板上，吸热板吸收光能并将其转化为热能传递给排管内通入的冷空气，使得排管内的气流温度升高，排管的下端用鼓风机不断提供冷空气，排管受热后将其中的冷空气加热后以25m/s的流速输出。并且在冷空气通入后会通过热传递不断带走吸热板上的热量，使得太阳电池背面温度下降，保证电池在高效率工作下还能输出热能。通过比较两种系统的综合效率，来分析其在实际应用中的实用性。

2.实验测试平台

2.1搭建实验系统运行平台

实验系统的实物如图所示：

图2.1气象统计图2.2系统正面图

图2.3双玻太阳能PV/T集热系统图2.4新型太阳能PV/T集热系统

两种系统的太阳能电