文摘

Photovoltaic-thermal收藏家结合光伏模块和太阳能热收藏家,形成一个单一的设备,同时生产电力和热能。有两种类型的种液态PVT收藏家,根据存在或缺乏一个玻璃覆盖光伏模块。香港(釉)PVT收集器产生相对更多的热能,但电产量较低,而发现了(无釉)PVT收集器的热能相对较低和高电气性能。种液态的温度和电气性能PVT收藏家不仅收集器的设计有关,如玻璃盖是否使用,但也吸收器设计,也就是说,吸收器是否为盘管套片式类型或完全润湿的类型。吸收器的设计,因为它接触光伏模块和液体管,被认为是重要的,因为它关系到光伏模块的传热液体在管。本文的实验表现两种液态PVT收藏家,盘管套片式类型和一个完全润湿类型,进行了分析。

1。介绍

光伏/热(PVT)概念提供了一个机会来提高整体效率的光伏模块通过使用废热BIPV系统中生成模块。众所周知,PVT系统提高光伏效率通过冷却效果。此外,这可以通过循环流体相对较冷,水或空气光伏模块的背面。

PVT收藏家结合光伏模块和太阳能热收集器,形成一个能够将太阳能转化为电能的装置和热在同一时间(1]。热量从光伏模块可以删除为了改善电气性能;这些热量可以转化为有用的热能。因此,PVT收藏家可以产生更多的单位比表面积可以并排太阳能光伏模块和太阳能热收集器(2]。

总的来说,关于种液态PVT收藏家,可以区分两种类型。第一个是釉面PVT收集器(图1),热产生的优势,和第二个是无釉PVT收集器(图2),产生热能,但显示了更好的电气性能相对低于前者类型。


图1
剖视图的釉面(上图)和无釉(下图)PVT收集器。

图2
盘管套片式PVT收集器的剖视图。

釉面PVT收藏家非常类似平板太阳能热收藏家,组成的PV-covered吸收器在一个绝缘收集器框玻璃盖。这香港绝缘导致高热效率的减少电效率由于太阳辐射反射和光伏模块的增加温度引起的玻璃罩。未上釉的PVT收藏家更类似于普通光伏电池板。他们由一个PV-covered吸收器,没有额外的玻璃罩。配置没有玻璃罩导致较低的热效率比釉面PVT收集器。另一方面,未上釉的PVT收集器的电效率高于釉面PVT收集器,甚至高于常规光伏电池板由于光伏冷却效果(3]。

种液态的温度和电气性能PVT收藏家也与吸收器的设计。吸收器,接触光伏模块和液体管,被认为是重要的,因为它关系到光伏模块热的传热介质。两种类型的PVT收藏家可以区分根据吸收器附加到光伏模块,也就是说,无论是盘管套片式吸收器(图2)或完全润湿吸收器(图3)。相信后者具有更好的热性能,因为它增加了传热表面。


图3
剖视图的完全润湿PVT收集器。

的研究集中在一个吸收器设计种液态PVT收集器,Bergene和Løvvik4彻底分析了电气和热种液态PVT系统的效率和不同因素之间的能量转换。Sopian et al。5]相比单程和双程放大的表演与稳态模型结合PVT收藏家。他们得出的结论是,双向PVT收集器有更好的性能由于太阳能电池的冷却效果。另一项研究[6]介绍了动态模型分析的盘管套片式PVT收集器。它分析了封装太阳能电池和吸收器之间的传热板;还分析了吸收塔板之间的传热和水管。

各种类型的液体PVT收藏家也被提出,如通道类型PVT收集器(7),PVT收集器与聚合物方形管吸收器(8),和热虹吸PVT收藏家9- - - - - -11]。

Chow et al。12- - - - - -14)设计了铝合金扁盒吸收器与矩形PVT收藏家和测试他们的表现。易卜拉欣et al。15]研究了PVT收藏家与不同的吸收器的性能仿真收藏家设计,如矩形、圆管。这项研究涉及到新的设计配置等吸收收藏家的平行,直接,螺旋,振荡,蛇形,web flow,模拟和比较。他们得出的结论是,最好的设计配置螺旋流设计。在另一项研究[16],收集器是由商业光伏模块连接与正方形盒子波纹聚碳酸酯吸收板通道。

各种液体类型PVT系统的设计已经被提出和PVT系统的理论和实验的表现被评估。

本研究的目的是比较的电和热性能盘管套片式和完全润湿PVT收藏家,都归类为无釉。在这篇文章中,两种不同类型的种液态PVT收集器创建,和他们的热在户外和电气性能测定。然后,结果被比较。此外,光伏模块的电气性能,相同的模块用于PVT收藏家,相比的性能完全润湿PVT收集器。

2。PVT收集器的设计

种液态无釉PVT收藏家与吸收器的两种类型,即,盘管套片式类型和完全湿式吸收器,在这项研究中设计和制造的。盘管套片式吸收器广泛用于太阳能热收集器。对于完全润湿吸收器,水流的矩形通道可以减少光伏模块之间的热阻和收集器流体17]。完全润湿吸收器没有吸收器表,光伏模块形式的一侧通道。

光伏模块的PVT收藏家由结合水热提取单元铝在这两种情况下做的。PVT收藏家也由一个PV-covered吸收器,没有额外的玻璃罩。他们都是热保护50毫米的玻璃棉保温。

盘管套片式吸收体PVT收集器,铝盘管套片式吸收器在光伏模块的背面使用热传导胶粘剂。光伏模块用于收藏家们240 Wpmono-Si PV模块显示16.5%的电效率评级标准测试条件下(stc))。规格如表所示1。

表1
光伏模块规范。

完全润湿PVT收集器的配置是相同的盘管套片式PVT收集器除了吸收器的设计。

3所示。实验

两个不同的PVT收集器类型进行了测试在太阳辐射水平超过W / m2和液体流速为0.02公斤/ s m2基于ASHRAE这样标准93 (18)和ECN的PVT性能度量准则(19]。电和热性能度量在似稳条件下进行了室外环境同时(图4)。此外,传统的光伏模块中使用的类型的PVT收藏家在相同的户外条件下进行了测试。

(一)
(一)
(b)
(b)
图4
对两种类型的PVT收集器(a)在实验和测量设备(b)。

几个实验设备安装测量数据相关的热性能和电气PVT收集器。

PVT收集器在稳态条件下进行了测试以确定其电气和热性能的各种进口操作温度。进口和出口温度PVT收集器的监控和测量使用RTD-type热电偶的测量误差±0.1% 0°C。PVT收集器的入口温度是由设定温度控制设备和入口温度保持不变,而出口温度变化。此外,环境温度的测量是一个衣架式热电偶的测量误差±0.2°C。防冻液是提供给PVT收集器的均匀流率0.02公斤/ sm2从泵。入口管的质量流量PVT收集器被电子流量计测量。正常数量的PVT收集器表面太阳辐射测量了epp日射强度计安装并行收集器平面。

电加载电阻和功率计是为了测量安装的电气性能和所有相关的数据PVT收集器的热工和电气性能监控和记录每隔10年代通过数据采集系统。

4所示。结果与讨论

户外测试的结果的PVT收藏家,热和电气性能进行了分析。

4.1。热力性能

确定了热效率的太阳辐射(G),输入液体温度( ),环境温度( )。计算稳态效率由以下方程: 在哪里 是热效率[-]; 是集电极区(m2]; 收集器出口温度(°C); 收集器进气温度(°C); 质量流率(公斤/ s); 是比热(J /公斤K);G集电极表面上的辐照度[W / m2]。

PVT收藏家的热效率比传统计算的函数 ,在那里 。

在这里, 和 PVT收集器的意思是流体温度和环境温度,分别和G是在集热器表面太阳辐射。因此, 表示测量之间的温差收集器及其周边地区相对于太阳辐射。热效率, ,表示为 在哪里 是在零温度和降低热效率 是热损失系数。

的测量结果无釉PVT收藏家与两种吸收剂,热性能如图5。热盘管套片式的效率和充分润湿PVT收集器可以表达以下关系表达式: 和 ,分别。因此,热效率( )在零温度降低是0.66和0.70,分别显示完全润湿PVT收集器效率约为4%高于盘管套片式PVT收集器。此外,热损失系数( )−14.29 W / m2°C和−13.29 W / m2°C,分别;完全润湿PVT收集器比盘管套片式PVT收集器有更好的热性能,但其热损失是相同的。


图5
热效率的完全润湿和盘管套片式PVT收藏家。

因此,根据吸收器热性能差异类型被发现相对较小。的平均热效率盘管套片式类型和完全润湿的PVT收集器类型约48%和51%,分别在同样的户外条件。

4.2。电气性能

电效率主要取决于传入的太阳辐射和光伏模块的温度。它计算以下方程: 在这里, 和 是光伏模块的电流和电压下操作最大力量。

电效率的PVT收藏家在户外条件下如图所示6。盘管套片式的性能,充分润湿PVT收藏家可以表达以下关系表达式: 和 ,分别。因此,电效率( )在零温度降低是0.14和0.15,分别和电力损失系数是−−1.56和1.33,分别。这些结果表明,完全润湿PVT收集器的电效率大约是盘管套片式PVT收集器相比高出8%。这种差异似乎是重要的,因为它反映了约1%的差异对于整个光伏模块的电效率。另一方面,盘管套片式的平均电效率和充分润湿PVT收藏家们发现约12.6%和14.0%,分别。


图6
电的效率完全润湿和盘管套片式PVT收藏家。

发现完全润湿PVT收集器最好电力性能以及热性能更好。

PVT收藏家的光伏模块温度密切相关液体循环冷却效果的收藏家。电气性能水平可以通过分析流体的温度。数据7和8显示PVT收集器的电效率意味着流体温度的功能。


图7
电效率的充分润湿PVT收集器意味着流体温度的函数。

图8
盘管套片式PVT收集器的电效率意味着流体温度的函数。

盘管套片式和充分润湿PVT收藏家,电效率下降的增加意味着流体温度在这两种情况下。这些结果表明,流体PVT收集器的温度影响光伏模块的温度,进而影响光伏性能。

分析完全润湿的影响吸收PVT收集器,电气性能水平的充分润湿PVT收集器和光伏模块单独进行了分析。相比他们的环境温度和太阳辐射(图9)。


图9
完全润湿PVT收集器的平均温度和PV温度的函数的环境温度和太阳辐射。

会有一些流体之间的热阻和光伏模块在一种液态PVT收集器,这可能会影响这两个元素之间的传热,从而确定其温度和光伏电气性能。例如,盘管套片式吸收体,可行胶接触PV和金属吸收器将导致更高的温度这两个组件之间的区别。这表明光伏模块可以转让的热量更少的液体。然而,完全润湿的吸收器,两部分之间的温差可能降低,将会有良好的传热通过整个光伏模块的接触面积。因此,意思是流体的温度完全润湿PVT收集器将是非常接近PV模块温度对流换热条件下有效。

完全润湿PVT收集器的平均流体温度上升的增加 系数,光伏模块的温度一样。在同样的 系数条件下,光伏模块提供了一个更高的PV温度比平均流体的温度完全润湿PVT收集器类型。因此,充分润湿PVT收集器可以保持较低的光伏温度由于流体进入收集器。因此,可以说,PVT收集器的PV温度低于光伏模块的单独由于液体的冷却效果。

的电效率水平完全润湿PVT收集器和光伏模块的函数 系数如图10。在这两种情况下,电效率降低的增加 系数。完全润湿的电效率高于PVT收集器近2%的光伏模块。这些结果表明,这种类型的PVT收集器比单独光伏模块更好的电气性能。


图10
完全润湿的PVT收集器的电效率和光伏模块的函数的环境温度和太阳辐射。

5。结论

本文分析了两种不同的无釉液体的实验能效PVT收藏家:一盘管套片式类型完全润湿吸收器的吸收器和其他类型的吸收器。

结果表明,在零温度降低,热盘管套片式PVT收集器的和电效率水平分别为66%和14%,分别而完全润湿PVT收集器的70%和15%,分别。因此,充分润湿PVT收集器最好热比盘管套片式PVT收集器和电气性能。

整体能量收集器的性能可以比较通过结合热和电效率平均的值。完全润湿PVT收藏家提供了一个值为65%,盘管套片式PVT收藏家提供了60.6%的价值。尽管的整体性能完全润湿收集器高出5.6%的盘管套片式收集器,它不能被认为前者优于后者因为完全润湿吸收器可能需要更困难比盘管套片式吸收器的焊接技术。

另外,很明显,PVT收藏家的电气性能取决于流体的光伏模块的冷却效果。特别是,它是发现完全润湿PVT收集器可以保持电气性能类似于优质的电效率水平。此外,电效率完全润湿PVT收集器,平均大约高出2%的光伏模块。这些结果表明,未上釉的PVT收藏家提供更好的电气性能比单独一个PV模块。

确认

这项工作是支持的优先研究中心项目通过韩国国家研究基金会(NRF)由教育部、科学和技术(没有。2009 - 0093825)和人力资源开发项目的资助的韩国能源技术评价与规划研究所(没有。20114010 203040)资助的知识经济。