太阳能光伏光热的综合利用.doc

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1、学校：上海市市西中学辅导机构：上海市市西中学、英才俱乐部作者：王乾辅导老师：王纪华太阳能光伏光热的综合利用1、课题由来：1.1设想：通过网络上了解到夏天暴晒于烈日下的太阳能电池板，自身温度甚至高达80℃，导致工作效率大幅降低，甚至可导致电池板停止工作。因此，我设想如何利用这一点提高光伏电池的发电效率，并同时回收热量，增加太阳辐照的利用率。1.2收集资料：随着能源危机的不断加剧，新能源的利用越来越受到人们的重视。太阳能发电技术使用清洁、安全和储量巨大的太阳光作为能源，具有其他发电方式不可比拟的优点。然而在传统的太阳能光伏发电系统中，光伏电池组件暴露于室外，通过空气对流散热慢

2、，太阳光会使电池温度升高，尤其是在夏天，电池板自身温度的升高，会直接导致输出电压的大幅降低，从而导致工作效率降低。左图为在一块太阳能电池板的参数，其中红圈所圈出的数据，代表的是太阳能电池板温度每升高一度，输出电压减小82.84mV因此为了提高光伏电池的发电效率，并同时增加太阳辐照的利用率，在本课题中提出了一种将光伏电池组件和集热部分相结合的新型太阳能利用系统，并设计了测试实验。2、设想与分析：2.1初步设想2.1.1光伏电池板表面铺设水循环流道：光伏电池板表层会盖有玻璃盖板，起到保护固定作用，设想将此盖板用厚度小于2cm的玻璃盒子来代替，盒内通入水流，直接带走太阳辐射到电

3、池板表面的热量，起到降温功效。11学校：上海市市西中学辅导机构：上海市市西中学、英才俱乐部作者：王乾辅导老师：王纪华2.1.2光伏电池板背部铺设水循环流道：光伏电池板背部铺设蛇形铜管，内部通入水流，带走电池板传递到背部的热量，并且不影响太阳光辐射到电池板表面。2.2分析设想：由于在第一种设想中，玻璃盒内部的水流会反射部分太阳光辐射，影响到电池板的正常工作，因此决定采用第二种设想。2.3具体设想：（1）通过在太阳能电池板背部设置蛇形的铜管，使水在铜管中流动，用以冷却电池板，从而提高太阳电池板能工作效率。（2）通过蛇形铜管收集循环的热水，可以作为生活热水的一个来源。（3）通过

4、实测数据，可以得出采用蛇形铜管冷却的电池板与相同实验条件下普通电池板的发电效率和太阳能利用效率上的优势。3.实验装置：实验装置共分为两块，一为普通光伏电池板，另一块在普通光伏电池板背部加装水循环流道。具体结构如下。3.1实验装置总体结构：11学校：上海市市西中学辅导机构：上海市市西中学、英才俱乐部作者：王乾辅导老师：王纪华3.2下图为在普通光伏电池板基础上加装水循环流道的结构图。4.实验装置的搭建：4.1数据采集设备：11学校：上海市市西中学辅导机构：上海市市西中学、英才俱乐部作者：王乾辅导老师：王纪华11学校：上海市市西中学辅导机构：上海市市西中学、英才俱乐部作者：王乾

5、辅导老师：王纪华4.2装置内部：光伏电池板背部的蛇形铜管：选用铜做管道材料利于导热且便于制作直径8mm，总长：25M11学校：上海市市西中学辅导机构：上海市市西中学、英才俱乐部作者：王乾辅导老师：王纪华11学校：上海市市西中学辅导机构：上海市市西中学、英才俱乐部作者：王乾辅导老师：王纪华5.实验过程与记录：5.1评价指标：对于pvt组件，由于其整体厚度小于1cm，所以忽略其边框的热量散失，将其设为绝热的。即将模型简化为玻璃与电池板(gp)，集热器流道(t)，集热器出口水温（T1）入水口温度（T2）。集热器面积（Ac）=1.5m^25.2计算公式：Yt：PVT系统的综合效率

6、Ye：PVT系统光伏发电效率（指单位面积光伏电池组件输出电能与入射阳光的能量之比），定义为：Yth：PVT系统集热器热效率（指单位面积的集热器输出的热量与入射阳光的能量之比），定义为：5.3数据采集：11学校：上海市市西中学辅导机构：上海市市西中学、英才俱乐部作者：王乾辅导老师：王纪华5.4实验结果分析：5.4.1数据采集：实验中采用铂电阻温度传感器进行温度测量，并用数据采集系统采集温度，辐照强度。11学校：上海市市西中学辅导机构：上海市市西中学、英才俱乐部作者：王乾辅导老师：王纪华5.4.2数据分析：①经过对室温，普通光伏电池板温度以及加置水循环流道状态下光伏电池板温度

7、的测量，分别取其在9：00~16：00七小时中每小时的平均值，得到如下结论：普通光伏电池板表面温度较室温高出约25℃~30℃而加置水循环流道的光伏电池板表面温度较室温高出约14℃~20℃。即同一时段内加装水循环流道的光伏电池板温度比普通光伏电池板温度低约10℃~12℃而在15：00后由于太阳辐射量大幅减少，电池板表面吸收热量减少，铜管中的水流比热较大，散热比电池板慢，因此出现出水口温度低于入水口温度的现象。而同时普通电池板温度也比铺设铜管的电池板温度低。下图为对比图：②对两种电池板的发电效率对比。并且在相同日照辐射强度下，设无