传热学的应用及进展

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1、传热学的应用及最新进展传热学在光伏光热系统中的应用及进展摘要光伏光热(PV/T)系统是目前太阳能利用的一个重要研究方向，将太阳能光伏发电技术与太阳能集热技术有机结合。在太阳能光伏光热系统的研究中，传热学的应用研究是核心问题。各种实验装备以及流动传热模型得以建立，包括数学和物理方程，并对其性能进行了理论计算。1.应用背景光伏光热(PV/T)系统将太阳能光伏发电技术与太阳能集热技术有机结合一方面，可以将太阳能转化为电能和热能，同时获得两种能量的收益，提高了系统太阳能的综合利用率；另一方面，冷却流体可以将光伏电池的热量带走，从而达到对电池的冷却作用，提高其光电转

2、换效率。另外，在PV/T系统屮，由于光伏组件与集热模块是复合成-个整体的，因此易于标准化、模块化生产制作，非常适合与建筑相结合，可以充分利用建筑外表面所接收到的太阳能。在太阳能光伏光热系统的研究屮，传热学的应用研究是核心问题。各种实验装备以及流动传热模型得以建立，研究者并对其性能进行理论计算。在光伏光热系统的传热研究遇到的问题是屮，水作为一般热能载体，能及吋带走光电板的热量，降低电板的温度，增加光电转化效率，达到提升总太阳能利用率的效果，但由于电板和热流载体的温度依然低于供热温度要求，额外的加热设施需要列入投资范畴。有效的建筑设计和具有良好保温性能的维护结

3、构能够降低部分建筑能耗，利用新能源或者可再牛能源向建筑提供热能和电能将会减少化石燃料的使用和碳化物的排放。如何解决这些传热领域的关键性问题，是其发展的瓶颈，口前个研究团队都在努力。2.PV/T系统中的传热问题光伏光热系统屮涉及的的传热问题有辐射传热和流动传热，其屮流动传热又包括水和空气的对流传热。诸多因素，如有无盖板、电池覆盖率、冷却水流量、环境温度、环境风速等参数都会对PV/T集热器性能的影响。研究成果表明，在PV/T系统屮，以水为冷却介质可获得比采用空气为冷却介质更好的电池冷却效果。但是由于在传统的水冷型PV/T系统屮，冷却水是直接通入到光伏电池板芯的

4、背部管道中，当外界环境温度较低吋，冷却水将会发生冻结，从而破坏电池板芯结构，因此不能在高玮寒冷地区使用；此外，出于冷却水直接流入集热板内部，容易造成屯池板芯受到腐烛,从而导致其使用寿命下降。在PV/T系统的传热研究中，需要研究和改善整个系统的理论模型建立，包括数学和物理方程，包括稳态和瞬态两种情况。主要冇太阳光入射模型、玻璃盖板方程、光伏电池层方程、电池基板方程、热管方程以及流道换热器内的冷却水方程，以及系统性能计算等各方面。计算过程中还涉及到工质饱和状态下的参数计算，如饱和压力、饱和温度、饱和液相比洽、饱和液相密度、饱和气相比洽以及饱和气相密度等；工质过

5、热状态下的参数计算，如过热状态下温度、压力、密度以及比洽等参数的计算；工质过冷状态下的参数计算。1.应用进展热管是一种具有极高导热性能的传热元件，而且其内部充注的是低沸点传热工质，具有良好的防冻性能；此外，热管工质对管壁腐烛性极小，使用寿命很长。口前已有将热管应用于太阳能集热器屮，并且测试结果显示热管式太阳能集热器的集热性能与传统太阳能集热器的性能相当。对于普通的PV/T系统，为了研究光伏光热模块的性能，首先需要根据其结构建立起模型，模块的最外层是透视性能好、热阻大的覆盖层；第二层屮光伏单元直接与铜片薄皮相连接，由于去除了普通光伏模块的外包装层（TPT或者

6、EVA）,减小了热阻，增加了传递热量；第三层，铜质蒸发盘管通过热脂连接在薄型铜片下：最底层是保温和防潮层，它们尽可能避免了系统额外能量的损失。理论模型的分析将着重于各部分能量的分配产出。事实上，入射的太阳能被分成了三个部分：电能、热能和损失的能量。在某一时间段内，能量分配能够达到一个平衡的状态，即在某一光伏温度下，电能、热能的产出和能量的损失会达到相应的固定值，基于这一理论，在进行理论模拟吋，需要确定如下几个假设：（1）系统能快速达到平衡状态；（2）所有的热力层在其各自层面上对温度有着-•致的反应；（3）制冷剂流动方向上的温度差忽略不计；（4）蒸发盘管内的

7、制冷剂属于强制流动；（5）保温层上以热能形式损失能量忽略不计。对于光伏光热模块，净吸收的太阳能主要被转化成为热能和电能，但是只有部分热能被制冷剂吸收，还有部分热能则被损失了，在忽略各层自身的热容量后，就可以建立能量平衡关系。在建立理论模型后，设定系统各个部分以及模块的工作参数，就可以利用计算机程序进行计算。冇效热能是PV/T系统中必须研究的数据，冇效热能通过导热和对流传热两种形式将热量传递给蒸发盘管中的制冷剂，其中导热传热过程可以近似认为是一张展开的多层平板以及圆管的平面的导热过程，多层导热壁面是光伏单元层、铜质薄片层、热脂层以及圆管内外壁，对流换热过程发

8、生在强制流动的蒸发盘管中。分析各个层面之间的温度差对模块优化冇着积