平板热管式太阳能光伏集热器的设计与性能研究

论文总字数：26373字

摘 要

当今世界，传统化石资源日益枯竭，太阳能作为一种可靠清洁的新能源，社会高度重视太阳能技术的发展，其中光热和光伏是主要的两个研究方向。光伏电池板工作时需进行冷却，以此提高使用寿命和可靠性的同时还可提高光伏发电效率，太阳能集热器将热量收集起来，用于供暖、生活热水等，但传统集热器的集热效率较低。太阳能重力热管具有传热等温性和单向性的特点，通过研发一体化结构的平板热管式光伏/集热器可有效提高太阳能综合利用效率。

本文首先在介绍太阳能光伏/集热器和热管工作原理的基础上，进行单根重力热管放置于3种不同倾角下的热性能实验，分别测试获得在9种加热功率，以及4种循环水温条件下的启动特性和传热特性，为之后设计平板热管式太阳能光伏/集热器系统优化设计奠定基础。其次，设计搭建了平板热管式太阳能集热器实验装置，并在南京天气下开展集热性能的实验测试研究，得到在平均太阳辐射照度为355.8376 W/m²的较低辐射照度下，系统的平均集热效率达到24.76%；并通过对壁温的分布情况进行分析，验证了太阳能重力热管具有良好的均温性。再次，设计中对于热管间距的选择，同时兼顾集热效率和启动时间两个方面，通过建立太阳能重力热管式平板集热器物理数学模型，分析了实验和理论性能之间存在差异性的可能原因，并在所建模型的基础上，模拟了不同热管间距下光电效率的变化。研究结果显示出平板热管式太阳能光伏/集热器具有较高的太阳能利用效率。

关键词：热管，光伏光热综合利用，平板型太阳能集热器，太阳能

Design and Performance of Heat Pipe Flat Plate Solar Photovoltaic / Thermal Collector

Abstract

In the world, the traditional fossil resources are drying up. Solar energy is a kind of reliable and clean renewable energy, and people concentrates on the solar energy technology. The two main research directions are the research of thermal and photovoltaic. photovoltaic panels should be cooled in order to improve the service life and reliability, and it can also improve the efficiency of photovoltaic power generation. Solar collectors will be collected for heating or producing hot water, etc. But the traditional collector’s efficiency is low. Solar heat pipe has uniform wall temperature and unidirectional characteristics. Through the development of integrated structure of the heat pipe flat plate solar photovoltaic / thermal collector can effectively improve the comprehensive utilization of solar energy efficiency.

In this paper, there are the introduction of solar photovoltaic / thermal collector and the principle of a single gravity cooper heat pipe. Then several solar application are carried out several experiences under the condition of nine kinds of heating power and four kinds of circulating water temperature and three kinds of inclination. The starting characteristics and heat transfer characteristics of single gravity cooper heat pipe for solar application are obtained. The experimental shows that the average heat collecting efficiency is 24.76% at lower irradiance(355.8376W/m²), and the distribution of wall temperature is analyzed, which proves that the gravity cooper heat pipe for solar application has excellent heat transfer performance and uniform wall temperature. Then for the choice of heat pipe spacing, we should take into account the two aspects of heat transfer performance and start-up time, the physical mathematical model of heat pipe flat plate solar thermal collector system is established, and analyze the possible reasons for the difference between experiment and theory. Study on heat pipe flat plate solar photovoltaic / thermal collector. Based on the model, the changes of photoelectric efficiency under different heat pipe spacing are simulated. The results show that the heat pipe flat plate solar photovoltaic / thermal collector has a high solar energy efficiency.

Key words: Heat pipe, Photovoltaic/thermal, Flat plate solar collector, Solar energy

目录

摘要 I

Abstract II

目录 IV

主要符号表 VI

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 集热器的工作原理与特点 2

1.3 太阳能的综合利用 2

1.4 热管的应用特点 3

1.5平板太阳能集热器的研究现状 3

1.6光伏/光热一体化（PV/T）的研究现状 4

1.7本文的主要内容 4

第二章 单根太阳能重力热管传热性能分析 6

2.1 单根太阳能重力热管传热性能实验台 6

2.2 实验结果分析 10

2.3 本章小结 16

第三章 太阳能重力热管式平板集热器的实验测试 17

3.1 太阳能重力热管式平板集热器实验测试台 17

3.2 实验结果分析 19

3.3 本章小结 21

第四章 平板太阳能重力热管式光伏/集热器的理论分析 22

4.1平板太阳能重力热管式集热器的理论分析 22

4.2 平板太阳能重力热管式光伏电-热转换的理论研究 29

4.3 本章小结 30

第五章 总结展望 31

5.1 研究总结 31

5.2 研究展望 31

致谢 32

参考文献 33

主要符号表

第一章 绪论

• 1. 课题背景及意义

当今世界，传统化石资源日益枯竭，环境问题严重困扰着人们的生活，我国人口众多，传统资源结构分布不均，能源问题制约着经济和社会的快速发展。图1.1所示为截至2014年全球太阳能发电前十位的国家，中国太阳能发电累计装机容量28.05GW，同比增长60%，仅2014年新增装机容量10.6GW。图2所示为截至2013年太阳能热水/供热处于前十位的国家，从图中可以看出中国太阳能热利用占全球的70%，中国俨然已经成为世界上最大的太阳能热水/供热国。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：26373字