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(xiàn)標(biāo)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(qiáng)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(jìn)展,但實用性仍不高4J,對電池進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dá)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(yùn)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(jìn)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(xiàn)(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