摘要: 太阳能光伏光热（Photovoltaic/Thermal，PV/T）综合利用技术性能的快速提高意味着在社会各个方面存在巨大潜力，具有广泛的研究意义和应用前景，传统铜管-水PV/T系统运行存在低温冻结难以在寒冷地区推广应用，热管式PV/T系统具有相变传热、热管等温吸... 展开 太阳能光伏光热（Photovoltaic/Thermal，PV/T）综合利用技术性能的快速提高意味着在社会各个方面存在巨大潜力，具有广泛的研究意义和应用前景，传统铜管-水PV/T系统运行存在低温冻结难以在寒冷地区推广应用，热管式PV/T系统具有相变传热、热管等温吸热、工作介质均匀流动等特点，具有良好的防冻性能，即使在寒冷的气候条件下也可以正常工作。团队前期研发的微热管PV/T（MicroHeatPipePV/T，MHP-PV/T）系统表现出良好的光电光热性能，但亟需通过加强传热来提高其综合性能，对于微热管中与R141b相同的工作流体，理论上更高的雷诺数意味着更好的传热以降低系统背板温度。因此本文以MHP-PV/T系统作为研究对象，主要包括以下内容： 首先对MHP-PV/T进行理论分析，根据牛顿冷却公式和雷诺数计算公式得到影响系统传热性能的主要因素后，研发了两种水力直径不同但横截面面积均为4.86mm2的梯形和矩形微热管通道，并将其分别应用于梯形过流断面平板微热管PV/T（TrapezoidalchannelsectionMHP-PV/T，TMHP-PV/T）和矩形过流断面平板微热管PV/T（RectangularchannelsectionMHP-PV/T，RMHP-PV/T），其中微热管换热工质为R141b，充液率为25%。其次对RMHP-PV/T和TMHP-PV/T系统进行理论分析并搭建系统试验平台，对两者在夏季45°倾角时进行系统试验验证，通过验证确定雷诺数较大的矩形过流断面平板微热管传热性能更好。接着为了进一步研究我国北方寒冷地区在不同倾角时RMHP-PV/T和TMHP-PV/T系统的性能变化，本文对RMHP-PV/T和TMHP-PV/T系统分别在30°、35°、40°、45°和50°倾角时的热电联产性能进行全年试验研究。最后研究了室外环境温度和太阳辐射强度对RMHP-PV/T系统的全年性能影响。具体结果如下： （1）经试验验证后得出理论雷诺数较高的RMHP-PV/T系统的传热性能更好，综合性能优于TMHP-PV/T系统。 （2）测试时间段内，RMHP-PV/T和TMHP-PV/T系统的热电联产性能在全年的试验研究中，RMHP-PV/T系统在30°、35°、40°、45°以及50°安装倾角时的综合性能均优于TMHP-PV/T系统。RMHP-PV/T和TMHP-PV/T系统在全年的试验研究中光热效率随着室外环境温度的升高而上升，在夏季时RMHP-PV/T系统光热效率最高达到40%，冬季时RMHP-PV/T系统光热效率最高仅为20%。 （3）在北方寒冷地区春季时，RMHP-PV/T和TMHP-PV/T系统30°、35°、40°、45°以及50°倾角时系统光电效率最大相差0.2%。在测试时间段内，不同倾角下RMHP-PV/T系统光电效率最高为13.0%，平均值为12.3%；光热效率最低为20.5%，平均值为24.4%，总能效率最高达到39.6%，平均值为36.8%，集热水箱最高温度为39.7℃。 （4）夏季时，不同倾角下RMHP-PV/T系统光电效率最高为12.4%，平均值为11.8%；光热效率最低为28.1%，平均值为31.8%；总能效率最高达到53.5%，平均值为43.7%，集热水箱最高温度可达42.3℃。 （5）秋季时，不同倾角下RMHP-PV/T系统光电效率最高为12.6%，平均值为12.3%；光热效率最低为23.0%，平均值为24.5%；总能效率最高达到38.3%，平均值为37.2%，集热水箱最高温度为32.0℃。 （6）冬季时，不同倾角下RMHP-PV/T系统光电效率最高为14.5%，平均值为13.6%；光热效率最低为7.5%，平均值为12.7%；总能效率最高为35.6%，平均值为26.9%，集热水箱最高温度为20.7℃。 （7）对RMHP-PV/T系统性能影响因素进行全年分析，发现随着室外平均环境温度的升高，系统光电效率总体呈下降趋势。且系统光电性能随室外环境温度变化影响较小，影响系统总性能的关键因素为系统的光热性能。并且发现在相同季节对同倾角MHP-PV/T系统进行测试时，当环境温度相差仅为0.3℃时，太阳辐射强度是影响系统光电效率的主要因素；对于不同季节对同倾角MHP-PV/T系统进行测试时，其光电效率主要受室外环境温度的影响。 本文的创新点有以下两方面： （1）本文研发了横截面面积均为4.86mm2但不同水力直径的矩形和梯形过流断面平板微热管，理论分析了换热工质的雷诺数可以提高MHP-PV/T系统强化传热性能并通过试验进行验证。 （2）在我国北方寒冷地区，针对RMHP-PV/T和TMHP-PV/T系统，研究了两组MHP-PV/T系统在不同倾角时全年的性能变化，为MHP-PV/T在寒冷地区的应用和推广奠定基础。 收起