光伏—太阳能环形热管/热泵复合系统的实验研究

【摘要】：当前随着传统能源的日益枯竭及环境问题的日益严峻,太阳能作为一种清洁的可再生能源也受到人们的日益关注,对太阳能资源的研究利用也获得了广泛的开展。太阳能资源的利用主要包括太阳能光热利用技术、太阳能光电利用技术及太阳能光电光热综合利用技术。其中太阳能光电光热综合利用技术能够同时产生电能和热能两种收益,可以有效提高太阳能的综合利用率。 环形热管是一种良好的传热元件,利用热管工质的相变可以实现热量的远距离输送。将环形热管与太阳能平板集热器相结合构成的太阳能环形热管平板集热器具有多方面的优点,如可以实现热量的远距离传输,环形热管的热二极管特性可以在辐照强度较弱或者晚上无辐照的条件下减少系统的热损,具有良好的防冻性可以使热管在寒冷的季节或者高纬度地区使用,及操作简易无能量消耗等优点。 热泵是一种高效能量传输装置,可以实现热量从低位热源到高位热源的传输。太阳能热泵技术是将太阳能平板集热器作为热泵循环的蒸发器,因此具有较高的集热效率,能够显著提高蒸发温度,热泵系统的性能系数(COP)也较高。 本文将太阳能环形热管集热器与太阳能热泵系统相结合,提出了光伏太阳能环形热管／热泵复合系统(PV-SALHP/HP).复合系统同时具有环形热管模式和热泵模式,两种模式共用相同的蒸发器和冷凝器,既可以实现两种模式的单独运行,又可以实现两种模式的相互切换。太阳能环形热管模式具有操作简易无能量消耗但对太阳辐照强度及环境温度要求较高的特点,而太阳能热泵模式具有对太阳能辐照强度及环境温度要求不高但需要消耗电能的特点。因此,根据太阳辐照强度和环境温度等不同气象条件,复合系统可以选择不同运行模式的优点来运行,可以来保证对热能的稳定供给,同时起到合理利用能源和减少电能消耗的作用。 本文的主要包括以下两个研究重点： 在室外搭建PV-SALHP/HP复合系统,对复合系统的环形热管模式和热泵模式在室外的瞬时性能和全天性能进行了分析。 在太阳能热泵焓差实验室内搭建了PV-SALHP/HP复合系统,对复合系统的环形热管模式和热泵模式在不同的辐照强度和环境温度下的性能进行了分析,并对复合系统的环形热管-热泵切换模式进行了分析,从气象条件、节约能源和运行时间等角度对系统的合理运行提供了建议。 【关键词】：太阳能 光电光热综合利用 环形热管 热泵
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK513
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 太阳能利用技术10
• 1.2 太阳能光热技术10-17
• 1.2.1 太阳能热水技术11-15
• 1.2.2 太阳能热泵系统15-17
• 1.3 太阳能光电光热综合利用技术17-18
• 1.4 本文的研究内容18-20
• 第2章 环形热管/热泵复合系统的实验研究20-41
• 2.1 实验装置的设计20-27
• 2.1.1 PV-SALHP/HP的原理20-21
• 2.1.2 实验测试方法及测试仪器21-24
• 2.1.3 复合系统关键部件介绍24-25
• 2.1.4 复合系统的实验平台25-27
• 2.2 复合系统的性能分析方法27-30
• 2.2.1 能量分析27-28
• 2.2.2 可用能分析28-29
• 2.2.3 热损失计算29-30
• 2.3 复合系统的实验研究30-38
• 2.3.1 环形热管模式时实验研究31-35
• 2.3.2 热泵模式时实验研究35-38
• 2.4 误差分析38-39
• 2.5 本章小结39-41
• 第3章 环形热管/热泵复合系统切换模式研究41-64
• 3.1 太阳能热泵焓差实验室的简介41-45
• 3.1.1 太阳能热泵空调焓差实验室原理42-44
• 3.1.2 太阳能模拟器44-45
• 3.2 复合系统的简介45-47
• 3.2.1 复合系统关键部件介绍45-46
• 3.2.2 复合系统的实验平台46-47
• 3.3 复合系统的性能分析方法47-49
• 3.4 实验结果与分析49-61
• 3.4.1 环线热管模式49-51
• 3.4.2 热泵模式51-56
• 3.4.3 基于水温的环形热管-热泵切换模式性能56-58
• 3.4.4 基于归一化温度的环形热管-热泵切换模式性能58-61
• 3.5 光电性能分析61
• 3.6 本章小结61-64
• 第4章 PVT系统的性能评估方法64-73
• 4.1 PV/T系统普遍的评价方法64-66
• 4.1.1 能量分析164-65
• 4.1.2 能量分析265
• 4.1.3 可用能分析65-66
• 4.2 覆盖率因素66-71
• 4.3 本章小结71-73
• 第5章 全文的工作总结及展望73-75
• 参考文献75-80
• 附录80-82
• 致谢82-83
• 在读期间的研究成果83

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