探索光热重力热管在太阳能光电光热利用中实验和论述

论文导读：方式下体系123下一页
摘要：在我国,目前建筑能耗约占全社会总能耗的1/3左右,其中占比最大的建筑能耗是采暖和制冷。与气候条件相近的发达国家相比,我国建筑每平方米采暖能耗约是发达国家的3倍。随着人们物质生活水平的提升,对冬季采暖和夏季制冷的需求会逐渐提升,给我国建筑节能提出了巨大挑战。随着常规能源的日益枯竭和环境不足的日益严峻,太阳能因其清洁、绿色、可再生的特征,引起人们的关注。但是太阳能有着间歇性及能流密度低的特征,规模利用需要很大的面积。在城市,太阳能与建筑具有非常好的结合性,建筑可从为太阳能的运用提供载体,而太阳能可从大大减小建筑的能耗。光伏发电技术和太阳能光热技术作为太阳能的两种主要使用模式,近年来得到了迅速的进展。太阳能光热技术是目前最成熟、普及率最高的太阳能技术,目前最常见的太阳能光热使用模式为太阳能热水、太阳能空气采暖从及太阳能热泵。太阳能光伏光热综合使用(PV/T)技术将太阳能光伏发电技术和太阳能光热技术有机结合,一方面体系可从同时得到电能和热能,提升了太阳能的综合使用率；另一方面,冷却流体可从带走光伏电池的热量,降低电池工作温度,提升电池的光电效率。重力热管是一种具有良好传热性能的元件,依靠自身内部工作液体的相变实现传热。重力热管与普通的太阳能平板集热器或PV/T集热器具有很好的结合性,可从解决普通水冷体系冬季结冰的不足,同时通过热管的间接传热避开了集热器吸热板芯的腐蚀,提升了集热器的寿命；另外热管具有非常好的等温性,与PV/T结合时可从降低光伏电池间的温度差别,提升其光电转化效率。热管与太阳能集热器结合模式主要有两种,一种是将普通的整体式重力热管(简称整体热管)与太阳能集热器的结合；另外一种是重力环形热管(简称环形热管)的改造,将整个集热器作为环形热管的蒸发段,将水箱里面的盘管作为冷凝段。环形热管的蒸发段和冷凝段分离的特性使其与建筑具有非常好的结合性；同时环形热管和热泵也具有非常好的结合性,二者可从采取相同的循环工质,可从采取相同的集热器-蒸发器,可从大大简化体系的结构。本论文将整体热管和环形热管与普通的太阳能集热器和PV/T集热器结合,提出了整体热管式PV/T体系、环形热管式太阳能光热体系、环形热管式PV/T体系；同时将环形热管与光伏-太阳能热泵体系结合,提出了光伏-太阳能环形热管／热泵复合体系(PV-SALHP/HP)。环形热管可从减小热泵体系的能耗,热泵可从弥补太阳能间歇性的特征,通过对热管运转方式和热泵运转方式的切换可从提升设备使用率和太阳能使用率。本论文的探讨工作主要包括从下几个方面：(1)设计和搭建了整体热管式PV/T体系,并对体系在有、无玻璃盖板下的综合性能进行了对比。结果显示,有玻璃盖板时体系日平均光热效率为41.30%,日平均光电效率为9.42%,日平均(?)效率为6.87%。无盖板时体系的日平均光热效率为37.16%,日平均光电效率11.51%,日平均(?)效率为8.01%。同时建立了整体热管式PV/T体系的动态数学模型,并与实验结果进行了比较,结果表明二者具有很好的一致性。(2)设计和搭建了环形热管式PV/T体系和普通水冷型PV/T体系的比较实验台,并对二者的综合性能进行了对比分析。结果表明,环形热管式PV/T体系具有较低的光热效率,较高的光电效率,但是二者具有相近的炯效率。(3)设计和搭建了环形热管式太阳能光热体系,对不同充注量下体系的热性能进行了长期的室外测试,并通过三次线性插值的模式求解出了体系的最佳充注量。结果显示,不同充注量下,集热器和体系的热性能拟合都呈现相同的走势,为先增大后减小,而热损都是逐渐减小；体系最佳的体积充注量为36.6%。(4)设计和搭建了动力环形热管式太阳能光热体系,并对50%体积充注量下体系的热性能进行了实验探讨。结果表明拟合后的集热器和体系的热性能与普通的水冷型光热体系性能接近,拟合体系日平均热效率为51.4%。(5)建立了直膨式光伏-太阳能热泵体系的动态数学模型,并与实验结果进行了验证。结果表明,对压缩机功率及水箱温度的模拟具有较好的一致性；由于压缩机模型中未考虑两相的影响,光电效率只考虑了温度对效率的影响,模拟的压缩机进口压力和光电效率与实验结果具有较大的误差。(6)设计和搭建了光伏-太阳能环形热管／热泵复合体系(PV-SALHP/HP),并对热管单独运转方式下和热泵运转方式下体系论文导读：V/T体系的实验探讨60-713.1比较体系的实验平台简介60-613.2体系性能分析61-703.2.1瞬时光热效率比较62-643.2.2瞬时光电效率比较64-673.2.3环形热管压力及压差分析67-683.2.4体系的综合性能和(?)效率分析68-703.3本章小结70-71第四章环形热管式太阳能光热体系71-90

4.1环形热管式太阳能光热体系实验台简介71-731.1

的性能进行了实验探讨。探讨结果表明,热管单独运转方式下,体系的日平均热效率为43.6%,日平均光电效率为11.3%；热泵单独运转模型,体系的日平均COP为3.66,日平均光电效率为12.1%,日平均光热效率可达57.5%。关键词：太阳能论文热管论文热泵论文光热转换论文光电转化论文光电光热综合使用论文
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ABSTRACT7-14
第一章 绪论14-33

1.1 我国的能源概况14-17

1.2 太阳能使用技术17-27

1.2.1 太阳能光热使用18-23

1.2.2 太阳能光电使用23-25

1.2.3 太阳能光电光热综合使用25-27

1.3 本论文的主要内容27-33

第二章 整体热管式PV/T体系的实验和论述探讨33-60

2.1 整体热管式PV/T体系实验台简介33-36

2.

1.1 整体热管的工作原理33-34

2.

1.2 整体热管式PV/T集热器34-35

2.

1.3 整体热管式PV/T体系测试平台35-36

2.2 实验测试36-42

2.1 实验测量办法及测量仪器36-39

2.2 整体热管式PV/T体系综合性能分析39-41

2.3 实验设计及安排41-42

2.3 实验结果分析42-48

2.3.1 瞬时热效率比较42

2.3.2 瞬时电效率比较42-43

2.3.3 热力学第一定律效率比较43-44

2.3.4 光热烟效率比较44-45

2.3.5 热力学第二定律效率比较45-46

2.3.6 典型热效率和典型综合效率比较46-48

2.4 实验误差分析48-49

2.5 整体热管式PV/T体系的论述模型49-54

2.6 整体热管式PV/T论述与实验测试验证54-58

2.7 本章小结58-60

第三章 环形热管式PV/T体系的实验探讨60-71

3.1 比较体系的实验平台简介60-61

3.2 体系性能分析61-70

3.

2.1 瞬时光热效率比较62-64

3.

2.2 瞬时光电效率比较64-67

3.

2.3 环形热管压力及压差分析67-68

3.

2.4 体系的综合性能和(?)效率分析68-70

3.3 本章小结70-71
第四章 环形热管式太阳能光热体系71-90

4.1 环形热管式太阳能光热体系实验台简介71-73

4.

1.1 环形热管的工作原理71-72

4.

1.2 环形热管式太阳能光热测试平台72-73

4.2 实验测试73-76
4.

2.1 实验仪器73-74

4.

2.2 实验设计及安排74-75

4.

2.3 太阳能光热体系的评价分析75-76

4.3 实验结果分析76-89
4.

3.1 不同充注量下瞬时光热效率比较77-79

4.

3.2 不同充注量下压力及压差比较79-81

4.

3.3 不同充注量下体系的温度分布81-84

4.

3.4 不同充注量下集热器的性能84-85

4.

3.5 不同充注量下体系的性能85-88

4.

3.6 体系的最佳充注量88-89

4.4 本章小结89-90
第五章 动力环形热管式太阳能光热体系90-102

5.1 动力热管式太阳能光热体系实验平台简介90-92

5.2 实验仪器92-93

5.3 体系设计及实验分析93-101

5.

3.1 瞬时光热效率分析94-95

5.

3.2 压力波动及压差分析95-96

5.

3.3 集热器的温度分布96-98

5.

3.4 热管传热性能98

5.

3.5 集热器的热性能98-99

5.

3.6 体系性能拟合99-101

5.

3.7 误差分析101

5.4 本章小结101-102
第六章 直膨式光伏-太阳能热泵体系的论述分析102-117

6.1 直膨式光伏-太阳能热泵体系的论述模型102-110

6.

1.1 工质的流动传热模型102-103

6.

1.2 PV/T集热器-蒸发器模型103-105

6.

1.3 压缩机模型105-106

6.

1.4 节流阀模型106

6.

1.5 水冷冷凝器模型106-107

6.

1.6 工质流动的摩擦压降模型107-108

6.

1.7 工质与管壁的对流换热系数模型108-110

6.2 直膨式光伏-太阳能热泵体系的论述模型与实验验证110-115

6.3 本章小结115-117

第七章 光伏-太阳能环形热管/热泵复合体系117论文导读：3
-128

7.1 光伏-太阳能环形热管/热泵复合体系实验平台简介117-119

7.

1.1 PWT集热器-蒸发器简介118-119

7.

1.2 热泵子体系关键部件简介119

7.2 光伏-太阳能环形热管/热泵复合体系的实验探讨119-127
7.

2.1 热管单独运转体系实验探讨120-123

7.

2.2 热泵单独运转体系实验探讨123-127

7.3 本章小结127-128
第八章 全文工作总结及展望128-130
8.1 全文工作总结128
8.2 后续工作展望128-130
参考文献130-137
附录 术语表137-139
附录 图表清单139-143
致谢143-144
在读期间发表的学术论文与取得的其他探讨成果144-145