新型太阳能光伏光热集热器的实验研究

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1、·2纪·第5届全国建筑环境与设备技术交流大会文集其他新型太阳能光伏光热集热器的实验研究中国建筑标准设计研究院李宁军☆北京工业大学赵耀华中国建筑标准设计研究院梁琳戴旭摘要太阳能光伏光热一体化不仅可以有效降低电池组件温度，提高光伏发电效率，且能产生热能，从而大大提高太阳能的综合利用效率。介绍了一种新型的基于平板微热管阵列的太阳能光伏光热(PV／T)集热器，并进行了性能测试。结果表明，在秋冬过渡季节，系统的太阳能综合利用效率能达到40％左右，对光伏建筑一体化具有参考价值。关键词光伏光热平板微热管阵列热效率电效率太阳能利用0引言目前市场上的硅太阳能电池在标准条件下的转换效率约为12％～17％，83％

2、以上的能量未能转换为有用能量，相当一部分转换为热能，从而导致太阳能电池温度不断升高[1]。而发电效率会随着电池温度的升高而降低，研究表明，电池温度每升高1℃，相对发电效率下降o．4％～o．6％，在实际运行中，电池的温度可达到70℃甚至更高[2]。因此太阳能电池的冷却问题成为影响太阳能应用的主要因素之一。国内外学者对太阳能电池的冷却作了大量的研究[3]，比较早期的研究对象主要是空气冷却方式，主要以冷却太阳能电池为目标，由空气工质收集到的热量比较分散，难以利用。所以后来的研究主要集中在水冷面板上，deVhes等人针对管板式水冷电热面板进行了实验研究，结果表明，在保证较高电效率的同时，能额外提供效

3、率高于50％的热量，而且发电效率受温度的影响要低于传统电池组件；Huang等人则采用了集热板内置流道的方案，并且将集热板的材料由铜换成了聚碳酸酯波纹板，节省了投资，实验结果显示，电池最高温度为52℃，与水箱温度相差4℃以内，表明换热效果良好；Sandnes等人在流道中加入了陶瓷颗粒球以提高换热效果，在不保温的情况下，不发电时面板热效率在70％以上，发电时也达到约60％。季杰等人在家用扁盒式铝合金平板形太阳能热水器基础上建立了自然循环光伏光热(Pv／T)实验系统[4。5]，该系统能保证较高的整体效率，同时能提供温度较高的热水。基于前人的研究，本文将赵耀华等人提出的微通道平板热管阵列技术应用于太

4、阳能电池组件，提出了新型的太阳能Pv／T集热器，对其进行了实验测试及分析，并对太阳能光热光电一体机进行了介绍。1实验装置与实验原理将平板微热管敷于电池背板上，中间用导热绝缘硅胶粘结，以减少接触热阻。太阳能电池组件吸收光照后，电池表面温度升高，将热量传递给热管蒸发段，热管蒸发段工质吸热蒸发，在冷凝段将热量传递给集热水槽中的液体(水或乙二醇溶液)，热管与水槽之间干式连接[6。7]，结构见图1。l玻璃2Ev^3Pv4TPT5平板徽热f阵列6集热水槽7水流道8I自热材料图1PV／T集热器结构☆李宁军，男，1985年12月生，硕士，助理工程师100082北京市海淀区首体南路9号主语国际2号楼7层(O)

5、18010028112E_mail：81157621@163．com收稿日期：2013一04—12其他暖通空调HⅦ执C加13年第43卷增刊1·273·太阳能光电光热系统(integratedphotovoltaicandthemalsolarsystem，IPVTS)如图2所示，主要由3块峰值功率为90W的PV／T集热器和1个100L的储热水箱两部分组成，并由水泵强制循环。图2太阳能光电光热系统测试原理图可调电阻(负载)光电系统利用电阻负荷二端法太阳电池的输出特性，主要设备包括太阳能电池组件、电流表、电压表，滑动变阻器等，主要测试电流、电压数据并采用配套的组态软件进行实时采集电池板的输出电压

6、与电流。光热循环系统主要由PV／T集热器、水泵、储热水箱等设备组成一个循环回路，储热水箱容积100L，水箱温度采用热电阻实时监测，并通过Agilent34970A型数据采集仪逐时采集。系统测量参数包括：太阳辐射照度j(w／m2)，环境温度￡。(℃)，环境风速可。(m／s)，电池板工作电流L(A)，电池板工作电压U。(V)，电池板表面温度￡。(℃)，储热水箱温度￡。(℃)，储热水箱存水量M0(kg)，集热循环水流量m。(L／min)。采用光热光电综合效率仍评价整个系统的效率∞。，啦为珈一私+琅(1)式中珊为光热效率，琅为光电转换效率。太阳能电池板的光电转换效率讯采用下式计算‘9

7、：PU。I。，

8、。、臻一丽一1丁ozJ式中P为电池板输出功率，W；A为包括栅线图形面积在内的太阳能电池总面积，m2。光热效率轧定义为[1]m一掣(3)m一——亩产LJ，式中M为集热循环总水量，kg；c，为水的比定压热容，kJ／(kg·℃)，☆为储热水箱终止水温，℃；幺为储热水箱初始温度，℃；H为测试期间总的太阳辐射量，Ⅶ／(m2·d)。2实验结果及数据分析实验地点为北京，2010年10月29日进行，测试时间为09：oo一17