对光伏热水墙体光电光热性能的数值模拟研究

f = ( 1 + 01089 hw - 011166 hwε ) ( 1 + 0107866 N ) p
Fig14 The net work of thermal flux
[15 ]
复合模块背 ( 底) 部采用 3cm 厚聚氨酯泡沫作保
( CΠTp ,m ) [ Tp ,m - Ta ) Π N + f ) ] (
。
许多学者对 PVΠ collector 进行了研究 , 但对像 T 本文所提到的由多个 PVΠ collector 组成的光伏光热 T 系统的研究还很少 。Y1Tripanagnostopoulos 对不同结 光热性能 ,发现在高太阳辐照度和高环境温度地区 , 以水为工作流体的系统性能优于以空气作为工作流 [7 ] 体的系统性能 。 T1T1Chow ( 2003) 对 PVΠ collector 的性能进行 T 有限差分方法基础上的预测系统光电光热性能的动 [8 ] 态模型 。 冷却模式对 PVΠ collector 光电特性的影响 T ,但 没有考虑光电光热综合利用的因素 , 如电池覆盖率
在建筑围护结构外表面上铺设光伏阵列提供电 力即光伏建筑一体化 (BIPV) , 是现代太阳能发电应 用的一种新概念 , 也是美国 、 日本 、 欧洲等国倡导的 太阳能光电应用的发展方向 。光伏电池的性能受
电池工作温度的影响 ,随着工作温度的上升而下降 。 如果直接将光伏电池铺设在建筑表面 , 将会使光伏 发电效率明显下降 键问题 。
太阳辐射能与电池输出电能和热损失之差 。光伏集 热模块垂直安装在建筑的南立面上 。为简化分析 , 忽略太阳入射角对玻璃透过率的影响 ; 光伏电池薄 片厚度相对于吸热板较薄 , 忽略了电池薄片对板热 转移因子的影响 ; 光伏电池的效率假设为复合板的 平均板温下的发电效率 ,则有 : α αξ ) Qu = FR A col [ S 1τ( 1 - ξ + S 2τ τ η - S ξ cell - UL ( Tint ,f - Tambi df文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。
第 27 卷 11 期 第
2006 年 11 月
太 阳 能 学 报
ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICA
测试 ,得到在香港地区这种 BIPVΠ 系统的光电光热 T 性能和对室内热负荷的影响 , 研究在香港地区的应 用前景 。 这里主要介绍复合光伏光热部分 , 包括 6 块光 伏光热复合模块 ,1 个 420L 的水箱以及 1 个循环水
2 理论模型
211 光伏集热模块热流网络分析
光伏集热模块的热流网络如图 4 所示 。总热损
系数包括顶部热损系数 、 底部热损系数和边框热损 系数 ,即 :
Fig12 Schematic of photovoltaicΠ thermal module
图3 光伏集热模块横截面
Fig13 Cross2section of the PVΠ panel T
11 期
季 杰等 : 对光伏热水墙体光电光热性能的数值模拟研究
Vol127 , No111
Nov1 ,2006
1090
太 阳 能 学 报
27 卷
1 系统简介
以及采用水冷却模式时 、 工作流体质量流率同时对 系统光电性能和光热性能的影响 。 对于工作流体质量流率对系统热性能影响这一 方面的研究已有相关报道 。A1 H1Fanney ( 1988 ) 讨 论了强制循环太阳能热水系统不同质量流率对系统 [12 ] 热效率的影响 。H1P1 Garg ( 1995 ) 讨论了带有光 伏水泵的强制循环热水系统中不同质量流率和不同 水箱容量对系统性能的影响 , 得到了系统的最优质 [13 ] 量流率 。 光伏热水墙体存在着两种能量收益即电能和热 能 ,它能同时满足建筑的不同能耗需求 ,这就决定了 该系统不同于传统的单一的 BIPV 系统和单一太阳 能热水系统 。作为光伏光热建筑一体化系统整体而 言 ,为了取得系统最佳性能以获得理想的收益 ,在改 善光伏模块的冷却效果提高电力输出的同时 , 还必 须考虑对系统光热性能带来的影响 , 因此有必要同 时分析影响系统热效率和电力输出的各个因素 , 诸 如工作流体质量流率和电池覆盖率等 。 本文实验系统为中国科技大学与香港城市大学
图1 光伏光热一体化系统简图
Fig11 Schematic of hybrid photovoltaicΠ thermal system
本课题组设计建立的光伏光热
一体化系统采用 中国科技大学自行研制的新型全铝扁盒式光伏集热 模块 ,以水作载流介质进行封闭循环 。该系统结构 简单 、 无易损机械部件 ,具有较好的电 、 热性能 ,适合 于城市建筑使用 ,提供并网电力和热水 。 对于复合光伏光热系统部分而言 , 光伏电池组 件与吸热板的结合是核心问题 。实验系统光伏电池 组件与吸热板结合的方式为 : 将太阳电池组件粘贴 在吸热板表面 , 构成光伏光热复合吸收板 。其中光 伏电池组件采用特殊制作工艺 , 将各层包括硅胶 、 TPT ( Tedlar Polyster Tedlar) 和带 EVA ( Ethyl Vinyl Ace2 光伏组件专用设备真空层压机内抽真空紧密压制 , 保证密封良好 , 各层接触紧密 。再以粘贴好光伏电 伏光热复合模块 。该复合模块包括一层 4mm 厚低 池组件的光电光热复合吸收板为核心 , 组成一个光 铁玻璃盖板 ,2cm 厚空气夹层 , 光伏光热复合吸热 板 ,以及聚氨酯发泡材料背板绝热层 ,整体用铝合金 边框组装 ,橡胶条密封 。结构示意如图 3 。
0 引 言
BIPV 的多功能性 。
文章编号 : 025420096( 2006) 1121089208
1
对光伏热水墙体光电光热性能的数值模拟研究
季 , 韩 ,周天泰 , 何 , 裴 , 陆剑平 杰 俊 伟 刚
(11 中国科技大学热科学和能源工程系 ,合肥 230027 ;21 香港城市大学建筑科技学部 ,香港)
000051β ) ; 若 70° β < 90°则用 β = 70° < , 计算
C 。 Tp ,m —— — 吸热板平均温度 , K; hw —— — 外表面对
( 2 K 流换热系数 , hw = 218 + 310 vw ,WΠ m ? ) ;ε —— —玻 g
N
e
+
]
- 1
+
( 2)
( 3) ( 4)
:
( 5)
ξ—— — 定义的无量纲参数 , 电池覆盖率 ( Packing fac2 tor) ,如下所示 : ξ=
A cell A col
212 光伏集热模块的能量平衡
+ 2 2
光伏集热模块热量收益 Qu 为复合模块吸收的
构结合的光伏 光热一体化系统的光伏热水墙体在保证电力输出的 同时 ,降低了由于生活用热水增加的建筑能耗 ,另外 对由于墙体得热造成的室内空调负荷的减少达到 系统提供了一种新的思路
[5 ,6 ]
50 %以上 , 为建筑节能和推广光伏光热建筑一体化
1091
UL = Utop + U bottom + Uframe
( 1)
顶部热损系数是吸热板温度 Tp , 环境温度 Tambi , 风 速 vw ,盖板的层数 N ,盖板和吸热板的发射率 ε 和 g ε 及复合模块倾角 β的函数 。对于顶部热损系数 , p 忽略电池热容的影响可采用下述公式
图2 光伏集热模块结构简图
tate) 的电池按照图 2 的顺序叠放 , 送入商业化生产
合作项目中目前正在香港建造的光伏光热建筑一体 T 化 (BIPVΠ ) 大型系统中的一部分 , 即与建筑墙体结 合的复合光伏光热系统部分 。BIPVΠ 大型系统包 T 括 : 热箱系统 、 复合光伏光热系统 、 空调系统以及控 制和测试系统 。将通过对实验系统进行全年的实验 泵 。6 块光伏光热复合模块布置在可对比热箱的南 立面 ,如图 1 所示 。
[4 ]
采用空气通风流道对 PV 模块进行冷却 ,使电池温度 。但是 ,如果通 风冷却后的热空气直接排入大气 , 这在一定程度上 民生活用热水约占建筑能耗的 17 %
[1 ]
将会降低对太阳能的利用程度 。考虑到香港地区居
, 因此设想将
光伏阵列需冷却带走的热量加以利用 ,即 : 转换成生 活用热水 。出于这种思路 ,Ji Jie 和 He Wei ( 2003) 提
收稿日期 : 2005206209 基金项目 : 国家自然科学基金 (50408009)
B1J 1BRINKWORTH ( 1997) 和 Yang H1 X ( 1997) 曾
出了一种新的水冷却模式 , 即光伏热水一体墙 ( Hy2 brid photovoltaicΠ thermal collector wall) 。通过对其进行 理论模拟表明 , 作为与建筑外围护结
式中 , CL —— — 复合模块长度 ,m ; CW —— — 复合模块宽 度 ,m ; Ch —— — 复合模块高度 ,m ; Ke —— — 复合模块边
( K 缘材料热传导系数 WΠ m? ) , l e —— — 边框厚度 ,m 。
温材料 ,直接安装在建筑的南立面上 ,它与混凝土墙 体结合紧密 ,保温性能良好 ,可假设为绝热 。
[1 ]
1
2
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摘 : 采用数值模拟的方法动态地分析了光伏热水墙体的光电光热特性 ,并就系统中电池覆盖率 、 要 工作流体质 量流率对系统热效率和电力输出的影响进行了研究 ,得到了系统优化设计的性能参数 。 关键词 : 光伏热水墙体 ; 工作流体质量流率 ; 电池覆盖率 ; 光电光热性能 中图分类号 : TM615 文献标识码 : A