太阳能光伏光热综合利用研究

太阳能光伏光热综合利用研究
作者：季杰 著
出版时间： 2017年版
内容简介
　　《太阳能光伏光热综合利用研究》介绍了太阳能光伏光热综合利用技术（PV/T）的基本概念、优点、分类、应用途径及共性问题，详细描述和深入研究非跟踪光伏热水系统（肋管型和热管型）、光伏热空气系统（主动式和被动式）、光伏热泵系统（直膨式和热管复合式）、聚光光伏光热系统（碟式和菲涅尔式）等多种太阳能光伏光热综合利用系统的基本原理、结构设计、理论分析与评价模型、研究方法和应用途径，特别是光伏光热综合利用技术在建筑一体化中的应用（BIPV/T）。
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 太阳能光伏光热综合利用的概念 1
1.2 太阳能光伏光热综合利用的优点 2
1.3 太阳能光伏光热综合利用技术分类 3
1.4 太阳能光伏光热综合利用技术的应用途径 4
1.5 太阳能光伏光热综合利用的共性技术 5
第2章 平板型光伏热水系统 7
2.1 平板型光伏热水集热模块的基本结构 7
2.2 平板型光伏热水系统 11
2.2.1 自然循环式平板型光伏热水系统的数理模型 11
2.2.2 强迫循环式平板型光伏热水系统的数理模型 16
2.2.3 自然循环式平板型光伏热水系统模型验证 17
2.3 平板型光伏热水系统评价指标 20
2.4 平板型光伏热水系统的实验系统与结果分析 22
2.4.1 实验测试系统介绍 22
2.4.2 实验结果 23
2.5 平板型扁盒式光伏热水系统的影响参数分析 28
2.5.1 水箱初始水温对平板型光伏热水系统的影响 28
2.5.2 水量对平板型光伏热水系统的影响 30
2.5.3 光伏电池覆盖率对平板型光伏热水系统的影响 31
2.5.4 盖板透过率对平板型光伏热水系统的影响 33
2.6 平板型管板式光伏热水系统对比测试 35
2.6.1 系统性能的测试平台 35
2.6.2 实验结果及效率计算 40
参考文献 44
第3章 热管式PV/T装置及其系统 45
3.1 热管简介 45
3.1.1 热管的基本结构 45
3.1.2 热管的工作原理及基本特性 46
3.1.3 热管的分类 47
3.2 热管式PV/T系统的基本结构 47
3.2.1 热管式PV/T集热板的基本结构 48
3.2.2 热管式PV/T系统的组成及工作过程 50
3.3 整体热管式PV/T系统的数值模型 50
3.3.1 太阳光入射模型 50
3.3.2 玻璃盖板的能量平衡方程 51
3.3.3 光伏电池层的能量平衡方程 53
3.3.4 电池基板的能量平衡方程 53
3.3.5 热管的能量平衡方程 55
3.3.6 流道换热器内冷却水的能量平衡方程 57
3.3.7 储水箱的数学模型 57
3.3.8 系统性能计算模型 58
3.3.9 整体热管式PV/T系统动态模型的求解 59
3.4 整体热管式PV/T系统的性能分析 60
3.4.1 实验系统介绍 61
3.4.2 理论计算与实验结果对比、分析 61
3.4.3 关键参数对系统性能影响的理论分析 65
3.4.4 系统全年性能的理论分析 77
3.5 环形热管的实验内容及实验结果分析 85
3.5.1 对比系统的实验平台介绍 86
3.5.2 系统性能分析 87
参考文献 96
第4章 主动式太阳能光伏空气集热器 98
4.1 主动式太阳能光伏空气集热器的基本结构 98
4.2 主动式太阳能光伏空气集热器的数理模型 101
4.2.1 理论模型 101
4.2.2 模型的求解方法 103
4.3 主动式光伏空气集热器的性能测试分析系统 105
4.3.1 系统测试平台 105
4.3.2 性能评价 107
4.4 主动式太阳能光伏空气集热器的性能分析 108
4.4.1 性能的实验测试分析 108
4.4.2 不同工况下的性能分析 112
4.4.3 与建筑结合的应用分析 117
4.5 多功能太阳能光伏集热器 120
4.5.1 多功能太阳能光伏集热器结构 120
4.5.2 多功能太阳能集热器的性能测试 121
4.5.3 多功能集热器与建筑结合的夏季运行分析 123
参考文献 125
第5章 太阳能光伏Trombe 墙 127
5.1 PV-Trombe墙的基本结构 127
5.2 PV-Trombe墙的实验研究方法 129
5.3 PV-Trombe墙的理论模型及实验验证 131
5.3.1 理论模型的建立 131
5.3.2 PV-Trombe墙系统的数理模型的实验验证 137
5.4 PV-Trombe墙的CFD模拟 138
5.4.1 湍流模型的选择及其验证 138
5.4.2 PV-Trombe墙的CFD模型 141
5.4.3 PV-Trombe墙的CFD模拟与实验研究的结果对比 143
5.5 PV-Trombe墙的参数及性能研究 146
5.5.1 PV-Trombe墙在热箱中的对比测试 146
5.5.2 PV-Trombe墙的结构及其参数的影响 149
5.5.3 PV-Trombe墙在高寒高辐照地区应用的研究 157
参考文献 160
第6章 直膨式光伏太阳能热泵 162
6.1 直膨式光伏热泵的基本原理 162
6.2 系统构成 163
6.3 数理模型 165
6.3.1 光伏蒸发器模型 165
6.3.2 变频压缩机模型 169
6.3.3 电子膨胀阀模型 171
6.3.4 水冷冷凝器模型 171
6.3.5 水箱模型 172
6.3.6 PV-SAHP系统动态模型的求解 173
6.4 实验研究 175
6.4.1 实验装置 175
6.4.2 PV-SAHP系统在恒定冷凝水温工况下的性能 181
6.4.3 PV-SAHP系统在变冷凝水温工况下的性能 187
参考文献 192
第7章 光伏太阳能热泵热管复合系统 194
7.1 光伏太阳能热泵热管复合系统Ⅰ的基本原理 194
7.2 光伏太阳能热泵热管复合系统Ⅰ的系统构成 196
7.2.1 光伏蒸发器 196
7.2.2 热泵子系统关键部件 198
7.2.3 光伏发电系统 199
7.3 光伏太阳能热泵热管复合系统Ⅰ的实验研究 200
7.3.1 实验说明 200
7.3.2 光伏太阳能热泵热管复合系统Ⅰ的性能计算 202
7.3.3 光伏太阳能热泵热管复合系统Ⅰ的瞬时性能分析 203
7.3.4 光伏太阳能热泵热管复合系统Ⅰ的全天性能分析 213
7.4 光伏太阳能热泵热管复合系统Ⅱ的基本原理 215
7.5 光伏太阳能热泵热管复合系统Ⅱ的系统构成 216
7.6 光伏太阳能热泵热管复合系统Ⅱ的实验研究 218
7.6.1 环形热管单独运行的实验研究 219
7.6.2 热泵单独运行的实验研究 222
7.6.3 基于水温的环形热管-热泵切换模式性能的实验研究 226
参考文献 228
第8章 太阳能碟式聚光光电光热系统 230
8.1 碟式聚光的基本原理 230
8.2 碟式聚光光电光热系统构成 232
8.2.1 曲面碟式聚光器 232
8.2.2 平面碟式聚光器 234
8.2.3 跟踪系统 237
8.2.4 光伏光热接收器 240
8.3 数理模型 242
8.3.1 碟式聚光光电光热模块的理论模型 242
8.3.2 系统性能的计算 246
8.4 碟式聚光光电光热系统性能研究 246
8.4.1 平面碟式聚光系统与曲面碟式聚光系统温度分布的对比实验研究 246
8.4.2 不同聚光比不同流量下的实验研究 250
8.4.3 平面碟式HCPV/T系统理论与实验对比分析 255
8.4.4 不同聚光比不同流量下的性能预测 258
8.5 本章小结 261
参考文献 261
第9章 太阳能菲涅耳聚光发电供热系统 263
9.1 菲涅耳高倍聚光发电供热系统的构成 263
9.1.1 菲涅耳HCPV/T模组 264
9.1.2 跟踪系统 270
9.2 数理模型 271
9.2.1 菲涅耳HCPV/T系统的光电模型 271
9.2.2 菲涅耳HCPV/T系统的光热模型 274
9.3 菲涅耳HCPV/T系统单元的性能研究 279
9.3.1 菲涅耳HCPV/T系统单元的性能测试平台介绍 279
9.3.2 菲涅耳HCPV/T系统单元的理论与实验分析 281
9.4 菲涅耳HCPV/T示范系统的性能研究 286
9.4.1 菲涅耳HCPV/T示范系统的测试平台 286
9.4.2 系统性能评价 288
9.4.3 系统性能测试分析 291
参考文献 295
第10章 太阳能非跟踪低倍聚光光电光热系统 297
10.1 低倍非跟踪聚光器介绍 297
10.2 非跟踪低倍聚光光电光热系统构成 300
10.3 数理模型 307
10.3.1 结构模型 307
10.3.2 光学模型 310
10.3.3 PV/T模型 313
10.4 非跟踪低倍聚光器的性能研究 315
10.4.1 光线跟踪分析 315
10.4.2 模块的实验研究 321
10.4.3 模块的优化 326
10.5 非跟踪低倍聚光光电光热系统研究 330
10.6 本章小结 335
参考文献 335
第11章 辐照和温度非均匀分布对PV/T光电性能的影响 336
11.1 PV/T应用中的温度和辐照分布不均匀性 336
11.1.1 PV/T应用中存在的问题 336
11.1.2 温度和辐照分布不均匀现象 337
11.2 PV/T系统的光电性能分布参数模型 339
11.2.1 太阳能电池的传统模型 339
11.2.2 非均匀辐照下的太阳能电池处理方法 341
11.2.3 光电模块的分析方法和实验验证 343
11.3 温度因素对PV/T系统光电性能的影响 346
11.3.1 光电模块的构成及分析方法 346
11.3.2 平均温度对光电部分的影响 347
11.3.3 温度的空间分布差异对光电部分的影响 356
11.4 辐照分布对平板PV/T系统光电性能的影响 363
11.4.1 边框阴影的分布规律 364
11.4.2 边框阴影对平板PV/T系统光电性能的影响 366
11.5 辐照分布对BIPV/T系统光电性能的影响 373
11.5.1 边框阴影在BIPV/T系统中的分布规律 374
11.5.2 边框阴影对光电性能的影响 375
11.5.3 边框阴影对全年性能的影响 377
参考文献 379
第12章 太阳能光伏光热建筑综合利用研究与示范 380
12.1 BIPV/T基本结构 380
12.2 复合光伏热水墙系统 381
12.2.1 复合光伏热水墙系统的理论模型 382
12.2.2 复合光伏热水墙系统实验研究 387
12.2.3 模型验证 389
12.2.4 全年性能模拟 391
12.3 光伏双层窗 394
12.3.1 通风光伏双层窗的原理与结构 394
12.3.2 光伏双层窗实验平台 395
12.3.3 结果及分析 396
12.4 太阳能光伏光热建筑一体化技术示范建筑 399
12.4.1 太阳能光伏光热组件概况 399
12.4.2 太阳能光伏光热组件与建筑一体化设计 401
12.4.3 太阳能光伏光热综合利用系统设计