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热管式太阳能PV/T热泵系统的性能研究

张磊  
【摘要】:本文提出了一种热管式太阳能PV/T热泵系统,首先搭建了热管式太阳能PV/T热泵系统的实验装置,该实验装置由热管式太阳能PV/T集热系统和热泵系统两个部分组成,分别在晴天和阴天工况下对供热和集热两种运行模式进行了测试,基于测试的数据分析了系统的性能;建立了热管式太阳能PV/T热泵系统的数学模型,该模型由热管式太阳能PV/T集热系统的动态分布参数模型和热泵系统的准稳态分布参数模型组成,利用测试数据对数学模型进行了验证,并分析了太阳辐射照度、室外空气温度和冷凝器入口水温对系统性能的影响;最后基于验证过的数学模型对热管式太阳能PV/T热泵系统进行了结构优化,将热管式太阳能PV/T集热器的数量增加到3台,并更换了大容量的压缩机,分析了光伏电池覆盖率、背板吸收率和热管间距对系统性能的影响。研究结果表明:(1)该系统在供热模式和集热模式下,晴天工况比阴天工况有更高的热功率、电功率、冷凝换热量和COP,但是热效率和电效率较低;PV/T系统中光伏板的电性能不论是在晴天工况还是阴天工况下都高于常规光伏板的电性能。(2)热管式太阳能PV/T热泵系统数学模型的模拟值与实验值的相对误差保持在-14.9%~11.5%以内,该模型可以较为准确的预测系统的性能。(3)太阳辐射照度的增强,会提高系统的热功率、电功率和热泵的性能,但是会降低系统的热效率和电效率;室外空气温度的升高会提高系统的热性能和热泵的性能,但是会降低系统的电性能;冷凝器入口水温对系统的热电性能影响较小,但是热泵的性能会随冷凝器入口水温的增加而降低。(4)通过更换大容量压缩机和增加热管式太阳能PV/T集热器的数量可以使系统的热电性能和热泵性能提高到预期水平;光伏电池覆盖率的增加会提高系统的电性能,但会降低系统热性能和热泵的性能;背板吸收率的增加会提高系统的热性能和热泵的性能,但会降低系统的电性能;热管间距的减小会全面降低系统的热性能、电性能和热泵的性能。本文对热管式太阳能PV/T热泵系统进行了实验研究和数值模拟,对热管式太阳能PV/T热泵系统的优化设计和性能研究具有一定的参考意义。


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