太陽能光伏發(fā)電供熱系統(tǒng)的性能分析_圖文

1、第30卷第5期2009年5月太陽能學(xué)報ACTA ENERGIAE SOLARIS SIM(AV01.30,No.5May,2009太陽能光伏發(fā)電供熱系統(tǒng)的性能分析程雪濤,徐向華,梁新剛(清華大學(xué)航天航空學(xué)院熱能與動力工程教育部重點實驗室,北京100(184摘要:建立了一個二維模型以模擬系統(tǒng)工作性能,討論了聚光比、冷卻水流速度等參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。隨聚光比增加,太陽電池溫度近乎線性增加,而系統(tǒng)電效率先增加后減小,熱效率則先減小后增加。冷卻水流速度的增加能減小電池溫度,增加系統(tǒng)電效率;增加水流速度對系統(tǒng)性能的影響大小與水流所處的流動狀態(tài)(層流、過渡區(qū)、湍流以及聚光比的大小有關(guān)。關(guān)鍵詞:太陽能;光

2、伏電池;電熱聯(lián)供系統(tǒng)中圖分類號:TKSl9文獻標識碼:A0引言光電、光熱的綜合利用可提高能源利用效率并降低成本。一般來說,在光伏系統(tǒng)中提高能源利用效率有3種方法:其一,以聚光提高入射輻射強度。聚光方式分透鏡式和反射式兩類。對于前者,其主要困難在于易造成局部受光過多,使電池局部溫度高;其支架也會遮擋部分陽光;對于后者,自1976年Rabl提出復(fù)合拋物面聚光以來,其應(yīng)用日趨廣泛,但也存在反射光不均勻的問題2。其二,降低電池溫度。對太陽電池而言,一般規(guī)律是電池溫度越高,發(fā)電效率越低【3J。目前電池工作溫度一般不超過80,雖然高溫太陽電池的研究取得了一些進展,但實用性仍不高4J,對電池進行冷卻還是必要

3、的?？諝馐芷錈釋W(xué)性質(zhì)所限,冷卻效果不如水流15。其三,追蹤太陽電池最大功率點。目前已經(jīng)發(fā)展出恒壓控制技術(shù)、電導(dǎo)增量法、模糊邏輯控制法等【6】。近年來,綜合采用了以上技術(shù)方法且能同時提供電能和熱水的Pv,T太陽能系統(tǒng)得到了較多研究。對未進行聚光的系統(tǒng),Bergene等通過理論預(yù)測該系統(tǒng)總效率在60%以上7】。季杰等以自然對流對電池進行冷卻的實驗表明扁盒式鋁合金式集熱板能使系統(tǒng)效率達60%以上【8】。對于聚光系統(tǒng),吳玉庭等的理論分析及其實驗均表明水冷可以使得系統(tǒng)可以在較高聚光比之下較好地運行【59J。本文研究的系統(tǒng)綜合使用了以上3種提高能源利用率的方法,并建立了描述該系統(tǒng)電、熱性能的二維數(shù)學(xué)模型,

4、模擬、分析討論了聚光比、水流速度等參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。1數(shù)學(xué)物理模型圖l是系統(tǒng)示意圖。經(jīng)聚光器匯聚的太陽光投射在電池上,水流在電池板背部進行冷卻。圖中各層參數(shù)見表1【1。圖1系統(tǒng)不葸圖lr,g.1A sketch map of the system太陽電池發(fā)電的原理為光伏效應(yīng),其等效電路如圖26。硅電池輸出電壓U和輸出電流,的關(guān)系式如下帕J:川L_,抽鏟-1一警(1其中,n。二極管完整性因子,一般在15間取值;I|I玻爾茲曼常數(shù);卜電池層溫度;g收稿日期:2007.12.10基金項目:北京市傳熱與能源利用建設(shè)項目(sYsl0030406 通訊作者:徐向華(19r76一,男.助理研究員,主要從

5、事傳熱與能源利用方面的研究?？赿Itsi吲m.幽. 太陽能光伏發(fā)電供熱系統(tǒng)的性能分析作者:程雪濤, 徐向華, 梁新剛, Cheng Xuetao, Xu Xianghua, Liang Xingang作者單位:清華大學(xué)航天航空學(xué)院,熱能與動力工程教育部重點實驗室,北京,100084刊名: 太陽能學(xué)報英文刊名:ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICA年,卷(期:2009,30(5被引用次數(shù):1次參考文獻(11條1.Ghajar A J;Tam L M Heat transfer measurements and correlations in the transition reg

6、ion for a circular tube with three different inlet configurations 19942.楊世銘;陶文銓傳熱學(xué) 19873.吳玉庭;朱宏曄;任建勛聚光條件下太陽電池的熱電特性分析期刊論文-太陽能學(xué)報 2004(034.季杰;程洪波;何偉太陽能光伏光熱一體化系統(tǒng)的實驗研究期刊論文-太陽能學(xué)報 2005(025.Bergene T;Lovik O Model calculations on a flatplate solar heat collertor with integrated solar cells 1995(066.Green M

7、Solar cells 19877.吳玉庭;朱宏曄;任建勛聚光與冷卻情況下常規(guī)太陽電池的性能期刊論文-清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版2003(088.Meneses-Rodriguez D;Horley P P;Gonzalez-Hemandez J Photovoltaic solar cells performance at elevated temperatures外文期刊 2005(029.Florschuetz L W On heat rejection from terrestrial solar cell arrays with sunlight concentration 197510.Florschuetz L W;Truman C R;Metzgor D E Streamwise flow and heat transfer distributions for jet array impingement with crossflow 198111.Royne A;Dey C J;Mill D R Cooling of photovolta