严寒地区光伏光热墙体系统热电性能研究

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光伏光热建筑一体化(BIPV/T)技术,既可有效利用太阳能发电发热,又能减小建筑能耗。其中,光伏光热墙体便是光伏光热建筑一体化的应用之一。针对光伏光热墙体系统,受气候影响,不同地域的应用情况差距较大,针对严寒地区,由于冬季液体冷却会出现凝固问题,无法使用水系统,而传统的空气型光伏光热墙体系统热损失较大,热电效率较低,应用价值低。本课题对传统的光伏光热墙体系统进行了透明保温层的改进,使其适用于严寒地区。采用实验和模拟的方式探究了系统热电性能的影响因素。首先,改进了传统的空气型光伏光热墙体系统,通过设置透明保温层的方式以适应严寒地区较低的室外环境,并选取了两种材料作为透明保温层。对于改进后的系统工作原理和空气流道进行了详细说明。通过实验的方式,对所选取的保温材料进行对比研究,探究其对系统热电性能的影响。搭建了严寒地区光伏光热墙体系统实验台,设置了四个数据监控系统,其中包括温度监控系统、发电量监控系统、太阳辐射监控系统和流量监控系统;确定了此系统的热电性能评价指标,包括热效率、电效率、能效率和?效率;测试了哈尔滨地区冬季连续一周的系统运行情况。实验结果表明:相对于中空玻璃盖板,真空玻璃盖板作为透明保温层可更大程度提高系统的热电性能。相比于无玻璃盖板系统,真空玻璃盖板系统热效率最高可提高其51.58%,电效率可降低其11.8%,能效率最高可提高其24.0%,?效率可降低其5.0%-8.0%;中空玻璃盖板热效率最高可提高其18.06%,电效率可降低其3.5%,能效率最高可提高其5.0%,?效率可降低其4.0%-6.0%。其次,以实验工况为依据,建立系统空气流道模型并进行数值模拟,进而探究结构尺寸对系统热电性能的影响。对空气流道内温度发展情况和流速发展情况进行了详细探究,又分别探究了流道厚度和高度对系统热电性能的影响。结果表明:适当提高流道厚度可增强系统热电性能,在模拟实验工况下,60mm为热电性能最佳厚度;在实际条件允许的情况下,尽可能提高系统高宽比,有助于提高系统的电效率和?效率。进而以模拟的方式,探究了运行模式对光伏光热墙体系统热电性能的影响。以控制变量的方式,分别探究了进口流速、送风模式、进出风口位置对系统热电性能的影响。模拟结果表明:适当提高进口流速,可提高系统热效率、能效率,当进口流速大于1.3m/s时,热效率、能效率反而下降,系统电效率随进口流速的增大而提高;相对于下进上出送风模式,上进下出送风系统可提高系统热效率、能效率,但会降低系统电效率和?效率;风口位置距离上下端越近,系统热效率、能效率、?效率越高,当风口位置距离上下端超过60mm时,风口位置对系统热效率和能效率的影响微乎其微,距离超过80mm时候,风口位置对于系统?效率影响微乎其微,上下风口距离两端距离为40mm时,电效率达到最大,距离大于80mm时,电效率受距离影响较小。本课题所探究内容将为在严寒地区进行光伏光热墙体系统的改进和应用提供依据。
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