文摘

Photovoltaic-thermal (PVT)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,同时接收太阳辐射并产生电力和热能。单位表面积PVT收藏家可以产生更多的能量比并排光伏模块和太阳能热收集器。有两种类型的种液态平板PVT收藏家,取决于玻璃的存在覆盖光伏模块:香港(釉)PVT收藏家,产生相对更多的热能,但电产量较低,和发现(无釉)PVT收藏家,热能高电气性能相对较低。在这篇文章中,两种类型的种液态PVT实验性能的收藏家,釉面无光的,进行了分析。PVT收藏家的电和热性能测定在户外条件下,和结果进行了比较。结果表明,釉面PVT收集器的热效率高于未上釉的PVT的收藏家,但未上釉的收集器的电效率高于釉面收集器。收藏家的总体能源性能比较相结合的价值平均热和电效率。

1。介绍

光伏系统的整体效率,相对较低的可再生能源系统效率,取决于太阳能电池和光伏模块的效率。今天,在一般情况下,硅基光伏模块的电效率约12 ~ 16%在标准测试条件下(STC): 1.5气团,辐照强度1000 W / m2,电池温度25°C)。此外,光伏模块的效率的建筑光伏系统(BIPV)可以降低由于增加光伏模块的温度。

光伏/热(PVT)概念提供了一个机会来提高整体效率的使用中产生的废热的光伏模块BIPV系统。众所周知,提高光伏效率的PVT系统PV冷却,在光伏冷却可能通过循环冷液体,水或空气,光伏模块的底部。

在PVT系统的各种类型中,种液态PVT收藏家结合光伏模块和太阳能热收集器,形成一个单一的设备,同时将太阳能转换成电能和热能。热量从光伏模块可以删除为了提高光伏模块的电气性能;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。

自1970年代初以来,已经取得了很大进步PVT系统的研究和开发。研究集中在一种液体PVT收集器,狼(1]分析了加热性能在美国住宅使用一种液态平板PVT收集器和得出结论,这是技术上可行。Kern和罗素消除热量的屋顶或墙壁BIPV,因此启动的理论和实验研究使用空气或水(2]。这种方法开始于技术和施工问题来源于BIPV系统结合roof-integrated收集器。此外,其他研究[3)提出了一个理论模型的PVT系统利用开采太阳能收集器)。在这些研究的基础上,拉格拉曼(4),考克斯三世和拉格拉曼(5],布劳恩斯坦和Kornfeld [6],Lalovićet al。7)开展基于平台式收藏家PVT系统的研究。

Bergene和Løvvik8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。9]相比单一的表演在正常情况下,double-PVT收藏家。他们得出的结论是,double-pass-type-PVT收集器显示更好的性能对太阳能电池的冷却效果。在另一项研究[10,11),实验和理论性能检测对一种液态平板PVT收集器。藤泽和塔尼语12)评估的有效能量PVT收集器取决于玻璃罩的存在。一项研究[13)涉及PVT收藏家与各种设计,如缺乏一个玻璃盖的情况下,使用一个单一的封面,和双盖的公司;这些都是设计和他们的长期业绩是在正常情况下计算。各种类型的液体PVT收藏家也被提出,如通道类型PVT收集器(14与聚合物吸收[],PVT收集器15),和热虹吸PVT收藏家16- - - - - -18]。釉面和无釉PVT收藏家比较Tripanagnostopoulos et al。19]。

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。此外,研究一直积极进行PVT系统与传统的加热和冷却设备。此外,经济可行性研究,包括回收期的计算和PVT系统的有效性。

一般来说,对于液体类型PVT收藏家,可以区分两种类型:釉面PVT收藏家(图1),产生更多的热量,但略低电产量,和无釉PVT收集器(图2)生产相对较少的热能,但显示有点更高的电气性能。


图1
剖视图的釉面PVT收集器。

图2
剖视图的无釉PVT收集器。

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入的玻璃罩。另一方面,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;因此,未上釉的PVT收藏家提供相对较低的电效率较高的热能由于光伏模块冷却效果。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PV冷却效果。然而,无釉类型的热效率低于釉面PVT收集器从集电极表面由于更高的热损失。

本研究的目的是比较釉面的电和热性能(图1)和无釉收藏家(图2)。在这篇文章中,两种不同类型的种液态PVT收藏家是捏造的,和这些原型的热工和电气性能水平测量户外。然后,结果被比较。

2。PVT收集器设计和制造

种液态平板PVT收集器用于本研究数据所示3和4。光伏模块的PVT收藏家由结合水提取单元由铜片和热管。釉面PVT收集器有一个4毫米厚度的低铁玻璃盖20毫米的空气空间和与70毫米玻璃棉保温热保护。铜表和管吸收器是连接光伏模块背面热传导胶粘剂。光伏模块用于收藏家是200 Wppc-si光伏模块和下STC的电效率14%。规格如表所示1。未上釉的PVT收集器的配置是一样的,釉面PVT收集器的除了掺入玻璃罩的后者。

表1
光伏模块规范。

图3
釉面PVT收集器。

图4
未上釉的PVT收集器。

3所示。实验

两种不同类型的PVT收集器在太阳辐射测试超过790 W / m2和流量为0.02公斤/ sm2基于ASHRAE这样标准93 - 77 (20.)和PVT ECN的性能度量准则(荷兰能源研究中心)21]。电和热性能度量quasistationary条件下进行了室外环境(图5)。

(一)
(一)
(b)
(b)
图5
视图的PVT收集器(a)评估PVT实验和性能测量设备的收集器(b)。

几个实验设备安装测量数据与热PVT收集器和电气性能。

PVT收集器在稳定状态下测试来确定它的电气和热性能的各种进口操作温度。PVT收集器的入口和出口的温度监控和测量使用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收集器在均匀流率为0.02公斤/ sm2从泵。质量流量的入口管PVT收集器是由电子流量计测量。太阳辐射的正常数量在PVT收集器表面被埃普利日射强度计测量安装并行收集器平面。

电加载电阻和功率计安装为了测量电气性能(直流电流电压和功率)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,热和电气性能的实验结果进行了分析和比较了两种不同类型的PVT收集器。

4.1。热力性能

确定了热效率作为太阳辐射的函数 ,输入液体的温度 和环境温度 。计算稳态效率由以下方程: 在哪里 是热效率 ; 集热器面积 ; 收集器出口温度吗 ; 是收集器入口温度 ]; 质量流率( ]; 比热是( ]; 是集电极表面上的辐照度 ]。

热效率 PVT的收藏家是比传统计算的函数 在哪里 。

在这里, 和 PVT收集器入口温度和环境温度,分别和 太阳辐射的收集器。因此, 是一个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 然后表示为 在哪里 是热效率在zero-reduced温度, 是热损失系数。

测量结果的两种不同类型的PVT收集器,图中给出的热性能可以表示为6。热釉面的效率和无釉PVT收藏家可以表达的关系表达式 和 ,分别。因此,热效率 在zero-reduced温度分别为0.51和0.45,从而表明釉面PVT收集器效率高于未上釉的PVT的收集器。此外,热损失系数 −5.36 W / m2°C和−10.15 W / m2°C,分别为:未上釉的PVT收集器提供大约两个更好的性能比釉面PVT收集器。的平均热效率高光泽和无釉PVT收藏家约为38%和24%,分别在同一户外条件。


图6
高光泽和无釉PVT收藏家热效率。
4.2。电气性能

电效率主要取决于传入的太阳辐射和温度的光伏模块用于测试PVT收藏家和计算如下: 在哪里 和 的电流和电压是在最大功率光伏模块的操作。

釉面的电效率和无釉PVT收集器户外条件如图7。玻璃的性能和无釉PVT收集器可以表示关系表达式 和 ,分别。因此,电效率 在零减少温度是0.108和0.123,分别和电损耗系数是0.22−−0.15,分别。从这些结果,分析,未上釉的PVT收集器礼物电效率高14%左右,比釉面PVT收集器。这种差异似乎是重要的,关于它的大约1.5%的差异反映了光伏模块的电效率。很明显,而无光的PVT收集器显示差热性能在零温度下降,它执行更好的发电。的平均电效率高光泽和无釉PVT收藏家约10.3%和11.8%,分别。


图7
釉面和无釉PVT收藏家电效率。

光伏模块光伏模块的温度取决于冷却效果的流体PVT收藏家。电气性能分析的函数PVT入口流体温度和太阳辐射。PVT收藏家的直流发电太阳辐射和入口流体温度的函数图所示8和9。


图8
电力釉面PVT收集器的太阳辐射和流体温度的函数。

图9
电力无釉PVT收集器的太阳辐射和温度的函数。

釉面PVT收集器,直流电源增加根据太阳辐射的增加,和较低的直流发电提高入口流体温度。这些结果表明,入口流体PVT收集器的温度影响光伏模块的温度。未上釉的PVT的收集器,同样的结果也发现。然而,未上釉的收集器的直流发电似乎不受太阳辐射的影响,相对于釉面PVT。

此外,电气性能进行了分析和比较每个PVT的函数入口流体温度和太阳辐射。

在数据10和11的直流发电和电效率PVT收藏家的函数入口流体温度显示。釉面和无釉PVT收藏家,电效率降低了根据增加进口流体温度在这两种情况下。未上釉的PVT收集器效率提出了更高的电比釉面PVT收集器在同一PVT收集器的入口温度条件。釉类型往往失去的热量更少由于合并玻璃罩相比无釉类型。因此,釉面类型可以保持温度较高的液体进入收集器,影响光伏模块的温度。


图10
电力的釉面和无釉PVT收集器作为温度的函数(太阳辐射950 W / m2)。

图11
电效率的高光泽和无釉PVT收集器流体入口温度的函数(太阳辐射950 W / m2)。

此外,在釉面收集器中,太阳辐射的反射和吸收损失玻璃罩减少其电气性能。因此,未上釉的PVT收集器提供更好的电气性能比釉面PVT收集器。

直流发电和电效率PVT收藏家的太阳辐射数据所示的函数12和13。高光泽和无釉PVT收藏家,直流电源增加在这两种情况下根据太阳辐射增加;另一方面,他们的电效率降低。这些结果可能是由于光伏模块温度增加。


图12
电力釉面和无釉PVT收藏家的太阳辐射的功能 。

图13
电效率高光泽和无釉PVT收藏家太阳辐射的函数( )。

5。结论

本文分析了两种类型的热性能和电气的PVT收藏家,liquid-glazed类型和未上釉的类型。结果表明,釉面PVT收集器的热效率为14%高于未上釉的收集器,和无釉PVT收集器,平均大约1.4%的电效率高于釉面PVT收集器。

的整体能效收藏家可以比较相结合的价值平均温度和电效率:釉面PVT收藏家提供了一个值为48.4%,未上釉的PVT收集器提供了35.8%的价值。尽管釉面的总体性能是12.6%高于未上釉的收集器,它不能被认为前者优于后者:最优配置的选择将取决于系统的总体成本效率和能量平衡。同时,很明显,PVT收藏家的电气性能取决于冷却效果的光伏模块PVT入口流体温度和太阳辐射。

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)和韩国研究所的人力资源开发的能源技术评估和规划格兰特(没有。20114010203040)由韩国知识经济部。