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电子膨胀阀开度对光伏—太阳能热泵系统性能影响的研究

王海涛  
【摘要】: 随着全球人口的增长、能耗的增加,太阳能的开发利用正在加速发展。太阳能热泵SAHP系统(SOLAR-ASSISTED HEAT PUMP,SAHP)是太阳能利用的一种方式,SAHP系统将热泵装置和太阳能集热器结合在一起,同时提高热泵的性能系数和太阳能的热利用效率。 本文将光伏发电与变频技术和直膨式SAHP系统有机结合在一起,提出了光伏-变频太阳能热泵PV/T-VFSAHP系统(Photovoltaic-Variable Quency Solar Assisted Heat Pump)的概念。 结合系统数学模型对辐照强度、环境温度、蒸发器出口过热度三个参数对PV/T-SAHP系统性能的影响进行了模拟分析,根据分析的结果提出了使系统优化的控制策略。即电子膨胀阀——吸气过热度控制,机组无论在标准工况下、变工况、满负荷、变负荷运行维持较高的COP值和集热器效率η_(coll)。 当变频压缩机恒定频率运行时,其性能相当于一个在相同频率下运行的定速压缩机。因此,光伏-变频太阳能热泵系统在实际运行时可以离散为无穷多个与不同频率相对应的定速压缩机,所以研究清楚定频下电子膨胀阀的开度对系统性能的影响是研究光伏-变频太阳能热泵系统的关键。所以本文主要从电子膨胀阀的开度对系统性能的影响进行研究。 以PV/T-SAHP系统实验台为基础,开发了电子膨胀阀开度控制器。并对不同的电子膨胀阀开度下,PV/T-SAHP系统的动态性能进行了实验和分析,根据实验结果我们发现,系统的COP值随着冷凝水温的升高而降低,光电效率的峰值发生在工质蒸发对光伏模块的冷却作用和太阳辐照度和空气对集热/蒸发器表面的加热作用的平衡点,而并非太阳辐照度最高点。在电子膨胀阀开度一定时,随着太阳辐照度的升高,压缩机功率出现振动,当电子膨胀阀开度最大时,系统振动更加明显。振荡对运行经济性与安全性均不利,为确保运行稳定性,片面地增加蒸发器的运行过热度,这就大大降低了蒸发器的利用率,为获得一定的节能效益就减小蒸发器的运行过热度,但盲目地减少过热度,追求运行经济性而导致系统产生振荡.只有对蒸发器和膨胀阀本身的动态特性做出定量分析,并找出系统的临界稳定区(Minimum Stable Signal线,简称MSS线)与条件,找出影响系统稳定性的各种因素,才能在保证系统稳定性前提下,最大限度的利用蒸发器的有效传热面积,获得最高的经济性。由此本文提出了光伏-太阳能热泵(PV/T-SAHP)的系统稳定性原理。同时指出优化PV/T-SAHP系统的关键问题是找到系统集热/蒸发器的MSS线(Q—Tsh关系曲线)。 最后,建立了变频PV/T-SAHP系统(PV/T-VFSAHP系统)的数学模型,就不同频率时的系统的性能进行了模拟和分析。得出压缩机转速过大和过小,都会影响系统的正常运行,对系统产生不利的影响。在实际运行时,这两种情况都要避免。并对频率分别是30hz、50hz、70hz时的系统性能进行了实验研究。


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