多功能太阳能光伏光热集热器的理论和实验研究

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1、UniversityofScienceandTechnologyofChina博士学位论文多功能太阳能光仗光热集热晨论文题目的理办和卖验研免郭超作者姓名热能工程学科专业季杰教投导师姓名〇一五年五月完成时间中函科嗲裁水大嗲博士学位论文多功能太阳能光伏光热集热器的理论和实验研究作者姓名：郭超学科专业：热能工程导师姓名：季杰教授完成时间：二—五年五月四曰UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor'sdegreeNumericalandexper

2、imentalstudyoftri-functionalphotovoltaic/thermalcollectorAuthor'sName:ChaoGuospeciality:ThermalEngineeringSupervisor:Prof.JieJiFinishedtime:May4st,2015中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研宄成果。与我一同工作的同志对本研宄所做的贡献

3、均已在论文中作了明确的说明。作者签名签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，卩：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。夺公开口保密（一年）作者签名：导师签名：“‘签字日期：今

4、签字日期：‘摘要摘要近年来，随着环境问题日益突出，环境治理和节能减排成为我国从上到下广泛关注的问题。发展可再生能源利用技术，降低化石能源在我国能源结构中的比重对我国经济的可持续发展有重大意义。太阳能因其分布广泛、利用方便、清洁无污染而成为减少传统化石能源利用后的重要替代能源■同时太阳能能量密度较低的特点也决定了其需要占用大量的面积。建筑能耗在社会总能耗中占有重要比重。将太阳能与建筑相结合不占用额外面积，直接在用户端产生的热能和电能，满足建筑中多种用能需求，符合分布式能源就地利用的原则，是太阳能利用的理想方式之一。太阳

5、能光伏光热综合利用（技术是将太阳能光热利用和光伏发电技术有机结合，在光伏电池组件中引入冷却流体，不仅可以降低光伏电池温度，提高光伏效率，同时可以将吸收的热能搜集起来加以利用，提高系统的太阳能综合利用效率。按照冷却工质的不同，集热器主要可以分为空气集热器和热水集热器两种。对于空气集热器，非采暖季时由于对热空气没有需求，其集热功能往往处于闲置状态。在没有冷却工质将热量带走的情况下，高温不仅影响光伏电池发电效率和寿命，而且积聚的热量还会导致建筑过热，增加建筑的制冷负荷。而对于热水集热器，在寒冷季节使用时容易因系统内水冻结导

6、致管路或集热器损坏。解决防冻问题，一般采用排空法或者防冻液二次循环法，但都需要增加投资和系统复杂度，而且会增加运行维护的负担。而相比太阳能热水，太阳能釆暖在冬季是更方便、更具有实际意义的利用方式。针对两种集热器在全年利用时间上的互补性，本文提出了一种多功能太阳能集热器。多功能集热器是在传统管板式热水集热器的基础上，在吸热板背面引入空气流道，使其可以工作于光伏空气集热和光伏水集热两种工作模式。根据不同季节的环境条件和用能需求，多功能集热器可以通过两种工作模式的合理切换，实现太阳能的全年高效利用。本文的研宄内容主要包括以

7、下几个方面：设计并制作了具有光伏空气集热和光伏水集热两种工作模式的太阳能集热器，分别搭建了光伏空气集热模式实验平台和自然循环式与强迫循环式的光伏水集热模式实验平台。实验平台可以实现不同流量、不同进口温度、不同初始条件下的集热器光伏光热性能测试。对集热器的光伏空气集热模式和光伏水集热模式分别进行了实验测试，分别与传统太阳能集热器和’集热器进行比较分析。结果显示，光伏空气集摘要热模式下，集热器全天光热效率可达全天光伏效率可达。通过对不同空气流量下集热器瞬时效率的测试得到空气流量由增加至时，截距光热效率由升高至集热器总热损

8、系数由增加至在进口空气温度高于环境°的情况下，集热器的瞬时光热效率和光伏效率可以达到和。光伏水集热模式下，集热器瞬时光热效率截距总热损系数为，光伏效率约为。自然循环光伏水集热系统全天截距光热效率为，总热损系数为通过比较集热器光伏空气集热模式、光伏水集热模式和单独光伏发电模式的吸热板温度可知，多功能太阳能集热器全年集热并冷却光伏电池的特点不仅提高