论文摘要：光伏光热一体化热泵设计研究

 

太阳能利用过程中尤其是在单一的光电转换过程中存在效率比较低的问题，同时太阳能使用过程中，也存在的波动性，低密度性,间歇性等特点，这都对太阳能利用提出了很大挑战。而光伏光热一体化系统可以在实现对于电池板冷却提高光电转换效率的同时获得很好的热输出，是一种非常有效的太阳能利用形式。而空气源的热泵充分的利用外界环境的空气能达到充分的节能特性，将两项技术综合起来是一种非常有效的技术利用方式，同时考虑克服太阳能低密度性的问题，提出了光电储能系统。

本文在比较了光伏光热换热形式的优劣，设计了基于热管的光伏光热一体化热泵系统，建立整个系统的整体传热和能量转换方程，设计了数值仿真的算法，并且通过设计的实验装置对于系统模型进行了验证。基于验证的数值模型，分析了光伏系统运行过程中的参数变化，对于光伏光热面板的优化设计运行提出了参考；基于设计的C++程序对于光伏光热一体化热泵全年运行进行了评估，评估了热泵和光伏光热联用情况下系统的全年表现以及热泵性能COP的表现，以及经济性分析。此外还对整个系统的高密度储能制氢系统进行了分析和参数优化设计。

研究结果表明：①通过对于光伏光热面板进行能量和传热过程分析，建立了能量和传热方程，并且基于此建立的C++计算程序通过了实验验证是符合要求的，可以用来进行分析推广；②通过建立的计算程序对于光伏光热面板运行的参数：入口流速，热管管排数量，入口水温以及水箱容积参数进行了分析，计算结果表明，提高入口流速和热管的管排水可以提高整体的光电和光热效率，但是随着水流速的提高对于效率的提高变得不显著，而入口水温和水箱容积的改变基本对于系统光电和光热效率成线性关系；提高水温和降低容积减低系统的光热和光电效率,并且对于热管运行过程中面板的温度分布进行了分析，整个温度不均匀度不超过0.9℃③对于光伏光热系统运行在一个典型的一年气象条件下进行了分析，发现系统在夏季可以达到比较好的热需求，而在冬季满足度则比较差。评估了光伏光热系统和热泵系统联合运行的情况下，整个热泵系统的表现发现其两种等效COP可以达到4.16和6.84，有这非常出色的经济表现④对于光伏光热系统联合制氢的储能系统进行了优化，通过优化改变电解槽入口温度，电解槽的电解池数以及光伏光热面板的入口流速等提高系统的制氢效率

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