【摘 要】
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太阳能为绿色低碳的可再生能源,可进行光电转换和光热转换;将其运用于住宅建筑上,可满足住宅建筑用电与用热需求。因此太阳能光电光热(PV/T)组件及其在住宅屋顶的运用有利于
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太阳能为绿色低碳的可再生能源,可进行光电转换和光热转换;将其运用于住宅建筑上,可满足住宅建筑用电与用热需求。因此太阳能光电光热(PV/T)组件及其在住宅屋顶的运用有利于建筑的可持续发展。在PV/T组件中,光伏模块受温度影响大,水泵驱动集热介质流动要消耗电能,因此本论文主要研究组件集热器温度分布和压降,对PV/T组件集热性能进行优化;优化后的PV/T组件运用于住宅屋顶,研究住宅屋顶PV/T系统运用方案,实现太阳能在住宅建筑中的高效综合利用。首先,通过文献调研国内外PV/T研究发展现状,总结PV/T组件温度均匀性、PV/T组件集热器压力分布和PV/T系统运用等方面存在研究不足。其次,研究PV/T组件性能参数基础理论。研究电池温度对电池输出特性影响,PV/T组件传热特性,不同集热管布置形式压降特性。针对目前PV/T评价方法只考虑发电效率和集热效率的局限性,提出综合考虑发电效率、集热效率、集热器水泵功耗、组件温度均匀性的评价方法。再次,对PV/T组件集热器进行结构优化,设计了蛇形串联、折回蛇形串联、双螺旋串联、并联、2模块串并联、4模块串并联、8模块串并联多种不同管间距的集热器。选取管间距为24mm的蛇形串联集热器进行理论计算与数值模拟,对比结果表明其值在合理范围内。对其它集热器进行不同流速的性能模拟,模拟结果表明,串并联形式集热器压降较小且集热器温度较均匀。对8模块串并联集热器进口管进行绝热模拟,模拟结果表明:与进口管非绝热比较,其温度均匀性得到较大改善。另外,进行PV/T组件在住宅屋顶运用方案研究。模拟多组件连接时的温度分布和压力分布;当进入组件集热器的集热介质流量和温度相同时,单个组件集热器温度均匀且组件间温度分布近似;在压力分布模拟上,由于多组件集热器连接时模型过大,使用单个组件集热器压力等效的方法分别模拟4、8、16、32、64PV/T组件对称式并联连接的压降,4、8、11、44PV/T组件同程式并联连接时的压降。最后,提出PV/T系统在住宅屋顶运用建议:建议住宅屋顶PV/T系统选用大扬程小流量水泵驱动集热介质;建议PV/T系统电能与储能系统联合工作,以满足建筑用电需求;建议PV/T系统热能与建筑热水、采暖、动力驱动制冷联合使用。
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