新型光伏光热幕墙组件及系统性能研究

【摘要】：光伏建筑一体化(BIPV),是应用太阳能发电的一种新概念,而光伏幕墙属于太阳能光伏建筑一体化的重要应用范围,代表着国际上太阳能建筑一体化技术的最近发展方向。但是,光伏电池的光电转换效率随着工作温度的上升而下降,由于其发电效率较低,太阳能并未得到充分利用。在光伏幕墙系统的实际运行中,幕墙系统温度高不仅会直接导致夏季室内冷负荷高,浪费能源,更会影响幕墙系统使用寿命。因此,若采用一种方法既能冷却系统提高光伏幕墙的发电效率又能更加充分的利用太阳能对太阳能综合利用技术的研究具有十分重大的意义。将微热管阵列(MHPA)引入传统的光伏幕墙,组成新型光伏光热幕墙系统,通过微热管阵列高效传热的特性把光伏幕墙组件散发的热量迅速传递到水槽中,再通过冷却介质循环以达到降低组件温度,提高光伏光热幕墙组件发电效率,同时把多余的热量加以回收利用,从而实现热电联供(PV/T)的目的。由于幕墙在建筑中作为墙体需具有透光功能,本课题考虑了透光形式和非透光两种形式的幕墙组件,以两种幕墙组件形式及其PV/T系统进行研究:首先,对MHPA-BIPV/T幕墙系统进行实验测试。以8月份某天的实验结果进行分析,透光PV/T幕墙组件全天平均光电效率为9.8%,透光PV幕墙组件全天平均电效率为9%,透光PV/T的发电效率比透光PV发电效率提高了9%;非透光PV/T全天平均效率为10.3%,非透光PV的全天平均电效率为9.9%,非透光PV/T的发电效率比非透光PV发电效率提高了4%。透光PV/T幕墙组件的日平均热效率为47%,非透光PV/T幕墙组件的日平均热效率为37%。透光幕墙系统的总效率平均值约为51%。非透光幕墙系统的总效率平均值约为39%。由此可见新型MHPA-BIPV/T幕墙系统极大的提高了太阳能利用率。其次,建立MHPA-BIPV/T幕墙组件数值模型并验证。在Gambit软件中,对计算区域生成网格,在水管换热器处做加密处理,压力—速度耦合方程采用SIMPLE算法;动量、能量、湍流方程采用二阶迎风格式。再次,以实际光伏光热幕墙案例进行性能模拟分析。将新型MHPA-BIPA/T组件应用到珠海兴业实际工程中,与实际工程中带空气流道幕墙系统和封闭流道幕墙系统数值模型和新型MHPA-BIPV/T幕墙系统模型进行模拟比较,可知新型MHPA-BIPV/T幕墙系统平均发电效率为3.4%,带空气流道的幕墙系统的平均发电效率约为3.05%;封闭流道的幕墙系统平均发电效率约为2.9%,新型MHPA-BIPV/T幕墙系统平均发电效率比带空气流道的系统高约11.5%,比封闭系统高约17.2%,可见发电效率的提升非常显著。最后,对新型MHPA-BIPV/T幕墙系统进行优化。通过改变冷却介质循环流道的入口温度和系统串联的组件个数对幕墙系统加以分析,得出新型MHPA-BIPV/T幕墙系统的发电效率随着冷却介质入口温度的增大而减小,并且随着系统串联的组件个数增加,系统的平均发电效率也减小。

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