楊宗帥，康張陽(yáng)，李滿峰

(華北水利水電大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院， 鄭州 450000)

自“碳達(dá)峰”“碳中和”提出以來(lái)，為降低對(duì)傳統(tǒng)不可再生能源的使用需求，清潔可再生能源得到了越來(lái)越多的重視與發(fā)展。太陽(yáng)能是一種清潔無(wú)污染和可再生的能源，近年來(lái)，光伏(PV)技術(shù)以其能將太陽(yáng)能持續(xù)轉(zhuǎn)換為高品位電能的優(yōu)勢(shì)得到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。但由于光伏板溫度每升高1 ℃，光電效率就下降0.5%左右[1]，因此，溫度限制了光伏板對(duì)太陽(yáng)能的利用效率，同時(shí)光伏板中聚集了大量的太陽(yáng)輻射得熱。

為將PV系統(tǒng)中的熱量充分利用，對(duì)如何提高PV系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)能的利用效率得到了眾多學(xué)者的研究。AL-WAELI等[2]提出了一種光伏光熱一體化(PV/T)系統(tǒng)，將光電技術(shù)與光熱技術(shù)相結(jié)合，在系統(tǒng)中通入冷卻介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏板冷卻的同時(shí)，也可將系統(tǒng)中的熱量帶出加以利用。董丹等[3]根據(jù)集熱器冷卻介質(zhì)的不同，將其分為空冷型、水冷型、制冷劑型，空冷型以運(yùn)行成本較低且封裝簡(jiǎn)易而作為主要研究對(duì)象。許海園等[4]對(duì)空冷型PV/T系統(tǒng)和PV系統(tǒng)的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在被動(dòng)循環(huán)的條件下，空冷型PV/T系統(tǒng)相較PV系統(tǒng)的光電效率提高了約0.1%，通風(fēng)后PV/T系統(tǒng)的光熱效率在25%左右，最高綜合效率可達(dá)72%。鄭慶琳等[5]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，集熱器的結(jié)構(gòu)對(duì)其性能會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。無(wú)空腔PV/T系統(tǒng)的光電效率優(yōu)于有空腔系統(tǒng)，有空腔PV/T系統(tǒng)的光熱效率優(yōu)于無(wú)空腔系統(tǒng)，盡管有空腔的一次節(jié)能效率較高，但空腔的存在仍造成了光伏板上層熱量的聚集，影響系統(tǒng)的整體性能。OMER[6]通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)有玻璃蓋板的雙通道集熱器系統(tǒng)日最大綜合效率為90.48%，而在沒有玻璃蓋的情況下，綜合效率的最高值為62.16%。與單通道結(jié)構(gòu)相比，雙通道集熱器可以收集更多的熱量，獲得更高的光電效率，雙通道集熱器的性能優(yōu)于單通道[7]。BALJIT[8]提出一種將雙空氣通道和水流道同時(shí)集成于太陽(yáng)能集熱器的系統(tǒng)，模擬結(jié)果表明，單流體條件下的總等效效率約為30%～60%，在雙流體的情況下，最大效率可達(dá)到90%。

目前，對(duì)提高集熱器太陽(yáng)能利用效率的途徑主要是改變集熱器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及加入相變蓄熱材料。不僅可以降低光伏板表面的溫度，延長(zhǎng)對(duì)其調(diào)控時(shí)間，而且能將集熱器中的熱量加以利用，提高太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率。但常規(guī)的單通道空冷型PV/T-PCM集熱器由于在玻璃蓋板與光伏板之間存在空氣夾層，造成了熱量聚集的效應(yīng)，影響對(duì)光伏板的冷卻。因此，本文采用雙空氣通道的PV/T-PCM集熱器結(jié)構(gòu)，建立對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值模擬，研究雙通道空冷型PV/T-PCM集熱器的光電光熱性能。

1 物理及數(shù)學(xué)模型

1.1 物理模型

雙通道PVT-PCM集熱器的模型結(jié)構(gòu)如圖1所示，該集熱器由光伏板、玻璃板、相變蓄熱材料、吸熱板、橡塑板保溫層以及上下層空氣通道組成。玻璃板置于光伏板上方，與光伏板之間為上層空氣通道。相變蓄熱材料緊貼光伏板下部放置，中間為吸熱板夾層，吸熱板材料為鋁，相變蓄熱材料采用鋁進(jìn)行固定封裝，相變蓄熱材料與保溫層之間為下層空氣通道。光伏板電池封裝部分以外為黑色吸收涂層，提高集熱器對(duì)太陽(yáng)輻射的集熱效率。為降低集熱器與外界的熱交換，減少熱損失，集熱器外壁采用保溫層進(jìn)行包裹。雙通道PV/T-PCM集熱器結(jié)構(gòu)尺寸見表1，材料的性質(zhì)參數(shù)見表2。

圖1 雙通道PV/T-PCM集熱器模型結(jié)構(gòu)圖

表1 雙通道PV/T-PCM集熱器結(jié)構(gòu)尺寸 mm

表2 材料的性質(zhì)參數(shù)

1.2 數(shù)學(xué)模型

雙通道PVT-PCM集熱器在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，存在諸多的不確定性因素都會(huì)對(duì)其實(shí)際性能造成影響。在數(shù)值模擬中，為簡(jiǎn)化研究，本文做出以下假設(shè)：

1)空氣為理想不可壓縮流體，且不參與輻射換熱；

2)集熱器處于穩(wěn)定條件下工作；

3)由于各層組件比較薄，忽略各層內(nèi)部豎直方向的溫差。

對(duì)于玻璃蓋板，其能量平衡方程為：

hg,e(Tg-Te)+hg,s(Tg-Ts)=hg,pv(Tpv-Tg)+Gαg

(1)

式(1)中：hg,e為室外環(huán)境與雙通道PVT-PCM集熱器玻璃板間的對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·K)；hg,s為玻璃板與天空等效溫度間的輻射換熱系數(shù)，W/(m2·K)；hg,pv為玻璃板與光伏板之間的復(fù)合換熱系數(shù)，W/(m2·K)；αg為玻璃板對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收率；Tg、Te、Tpv依次為玻璃板溫度、環(huán)境溫度以及光伏板溫度，K；Ts=0.055 2Te1.5[9]。

玻璃蓋板與光伏板之間的換熱包括對(duì)流換熱和輻射換熱，二者的復(fù)合換熱系數(shù)為[9]：

(2)

式(2)中：εpv、εblack分別為光伏板和黑色涂層的發(fā)射率；ka為空氣的熱導(dǎo)率，W/(m·K)；σ為斯蒂-玻爾茲曼常數(shù)；d為上通道空氣層的厚度，m；Nu為玻璃板與光伏板之間對(duì)流換熱的努塞爾數(shù)。

對(duì)于光伏電池層，其能量平衡方程為：

hg,pv(Tg-Tpv)+(Tab-Tpv)/Rpv,ab+G(τα)pv-ζEpv=0

(3)

式(3)中：Rpv,ab為吸熱板與光伏板之間的導(dǎo)熱熱阻；(τα)pv為光伏板對(duì)透過(guò)玻璃板的太陽(yáng)輻射的有效吸收率；Epv為光伏板的發(fā)電功率，W/m2；Tab為吸熱板的溫度，K；ζ為光伏板的填充因子。

對(duì)應(yīng)參數(shù)的計(jì)算公式為[9]：

Epv=Gτgηref[1-Br(Tpv-Tref)]

(4)

式(4)中：τg為玻璃蓋板對(duì)太陽(yáng)輻射的透過(guò)率；ηref為標(biāo)況下光伏板的發(fā)電效率；Tref為標(biāo)況下光伏板的溫度，K；Br為光伏板的溫度系數(shù)。

吸熱板的能量平衡方程為：

(Tpv-Tab)/Rpv,ab+(Tpcm-Tab)/Rpcm,ab=0

(5)

式(5)中：Rpcm,ab為吸熱板與相變材料之間的導(dǎo)熱熱阻；Tpcm為相變材料的溫度，K。

相變蓄熱材料層的能量平衡方程為：

(Tab-Tpcm)/Rpcm,ab+hpcm,f(Tf-Tpcm)+hpcm,i(Ti-Tpcm)=0

(6)

式(6)中：hpcm,i為相變蓄熱材料與保溫層之間的輻射換熱系數(shù)，W/(m2·K)；hpcm,f為下層通道空氣與相變蓄熱材料之間的對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·K)；Tf為下通道的空氣溫度，K；Ti為保溫層溫度，K。

下風(fēng)道中空氣的能量平衡方程為：

(7)

底部保溫層的能量平衡方程為：

hf,i(Tf-Ti)+hpcm,i(Tpcm-Ti)+hi,e(Ti-Te)=0

(8)

式(8)中：hi,e為保溫層與室外環(huán)境之間的對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·K)。

1.3 邊界條件和數(shù)值求解方法

上下層空氣通道進(jìn)口的邊界條件均設(shè)定為壓力進(jìn)口，出口邊界條件為速度出口，出口空氣流速根據(jù)下文不同工況時(shí)空氣的質(zhì)量流量以及通道橫截面積計(jì)算獲得。外界氣象參數(shù)條件通過(guò)編寫用戶自定義函數(shù)并將其導(dǎo)入Fluent求解器中，近壁面的邊界層網(wǎng)格進(jìn)行加密處理，壁面設(shè)定為無(wú)滑移壁面。集熱器外壁與環(huán)境之間存在對(duì)流換熱，因此外側(cè)壁面均選擇Convection邊界條件。光伏模塊層與上層空氣通道以及相變蓄熱材料與下層空氣通道均存在流體與固體壁面的對(duì)流和固體壁面之間的導(dǎo)熱，是流固耦合的傳熱現(xiàn)象，將其考慮為有厚度的面，采用耦合的邊界條件。玻璃蓋板采用Mix混合型邊界條件，包括與環(huán)境的對(duì)流和與天空的輻射換熱。選擇瞬態(tài)的計(jì)算方法，選用RNGk-ε湍流模型，在高雷諾數(shù)及漩渦流動(dòng)時(shí)具有更高的計(jì)算精度，PCM的相變選擇融化凝固模型(Solidification&Melting)，采用有限容積法對(duì)微分控制方程進(jìn)行離散，采用SIMPLE算法進(jìn)行速度和壓力的迭代計(jì)算，動(dòng)量、能量以及湍流耗散率方程均選擇二階迎風(fēng)格式，選擇默認(rèn)的松弛因子。

1.4 光伏光熱集熱器效率評(píng)價(jià)方法

雙通道空冷型PV/T-PCM集熱器光熱效率取集熱器空氣得熱量與光伏板太陽(yáng)輻照得熱量之比：

(9)

光電效率取光伏板輸出功率與光伏板實(shí)際太陽(yáng)輻照得熱之比：

(10)

式(9)～(10)中：A為集熱器的采光面積，m2；G為太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，W/m2；m為集熱器內(nèi)空氣總質(zhì)量流量，kg/s；Tout為出風(fēng)口平均空氣溫度，K；Tin為進(jìn)風(fēng)口空氣溫度，K；Ac為光伏電池總面積，m2；Qpcm為相變蓄熱材料的得熱量，J。

集熱器的綜合效率為[10]：

(11)

式(11)中：ηpower為火力發(fā)電廠的熱電轉(zhuǎn)化效率，一般為0.4；ζ為光伏板電池的封裝因子。

2 模擬結(jié)果及分析

2.1 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證

雙通道PV/T-PCM集熱器網(wǎng)格劃分示意圖如圖2所示，采用ANSYS軟件對(duì)該模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格劃分。因各層壁處流動(dòng)情況較為復(fù)雜，為得到更精確的計(jì)算結(jié)果，需在計(jì)算區(qū)域邊界處對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行加密處理。雙通道PV/T-PCM集熱器網(wǎng)格劃分細(xì)節(jié)示意圖如圖3所示。

圖2 雙通道PV/T-PCM集熱器網(wǎng)格劃分示意圖

圖3 雙通道PV/T-PCM集熱器網(wǎng)格劃分細(xì)節(jié)示意圖

在光伏板橫豎中軸線上均勻選取五個(gè)測(cè)溫點(diǎn)位，選擇工作時(shí)間點(diǎn)為9:00時(shí)各測(cè)溫點(diǎn)位的溫度。光伏板各測(cè)溫點(diǎn)位溫度隨網(wǎng)格數(shù)的變化如圖4所示，模型網(wǎng)格數(shù)量分別劃分為60萬(wàn)、110萬(wàn)、164萬(wàn)、224萬(wàn)和270萬(wàn)。由圖可知，光伏板各測(cè)溫點(diǎn)位溫度隨著網(wǎng)格數(shù)量的增加而逐漸升高。3號(hào)測(cè)溫點(diǎn)位變化最大，網(wǎng)格數(shù)由60萬(wàn)增加到224萬(wàn)，溫度變化了3.45%，由224萬(wàn)增加到270萬(wàn)時(shí)變化了0.28%。其余點(diǎn)位溫度網(wǎng)格數(shù)由60萬(wàn)增加到164萬(wàn)時(shí)均有較大提升。此后，持續(xù)增大網(wǎng)格數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響較小，因此，綜合考慮計(jì)算時(shí)間及精確度，選用224萬(wàn)級(jí)的網(wǎng)格數(shù)。

圖4 光伏板各測(cè)溫點(diǎn)位溫度隨網(wǎng)格數(shù)的變化

2.2 模型驗(yàn)證及誤差分析

參考文獻(xiàn)[16]中的實(shí)驗(yàn)條件以及結(jié)果對(duì)該數(shù)值模型進(jìn)行有效性驗(yàn)證。其中集熱器內(nèi)空氣流速為1.05 m/s，環(huán)境風(fēng)速為2.0 m/s，模擬的環(huán)境溫度及太陽(yáng)輻照度與實(shí)驗(yàn)中各時(shí)刻對(duì)應(yīng)值相同，建立與實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)尺寸相同的數(shù)值模型，驗(yàn)證對(duì)象為同一天中不同時(shí)刻光伏板表面溫度的變化，雙通道PV/T-PCM集熱器的光伏板溫度實(shí)驗(yàn)值和模擬值對(duì)比如圖5所示。

圖5 雙通道PV/T-PCM集熱器的光伏板溫度實(shí)驗(yàn)值和模擬值對(duì)比

光伏板溫度的實(shí)驗(yàn)與模擬值曲線的相關(guān)性由二者的協(xié)方差和標(biāo)準(zhǔn)差求得，公式如(12)所示，其曲線相關(guān)系數(shù)r=0.962 82，因此，雙通道PVT-PCM集熱器光伏板表面溫度的模擬值與實(shí)驗(yàn)值一致性較好。因此，該模型可用于雙通道PVT-PCM集熱器的數(shù)值模擬研究。

r=E{[x-E(x)]·[y-E(y)]}/{sqrt[x-E(x)]2·sqrt[y-E(y)]2}

(12)

x、y分別為光伏板不同時(shí)刻模擬與實(shí)驗(yàn)的溫度值。

2.3 單層下空氣通道與雙通道PVT-PCM集熱器效率對(duì)比

在整個(gè)模擬過(guò)程中，PV/T-PCM集熱器考慮其與環(huán)境之間的對(duì)流換熱以及與天空的輻射換熱，模型水平放置，光伏板表面以及上下層空氣通道出口的溫度均采用面積加權(quán)平均值，進(jìn)口溫度為環(huán)境溫度。模擬過(guò)程為瞬態(tài)，選擇拉薩地區(qū)夏至日前后輻照度最高當(dāng)天的氣象參數(shù)，時(shí)間為8:00～17:00，采用Origin軟件對(duì)其進(jìn)行擬合，并將擬合后的函數(shù)通過(guò)Fluent的編譯功能進(jìn)行加載，當(dāng)天的太陽(yáng)輻照度和環(huán)境溫度擬合曲線如圖6所示。

圖6 太陽(yáng)輻照度和環(huán)境溫度擬合曲線

單層下空氣通道與雙通道PVT-PCM集熱器截面圖如圖7所示。

圖7 單層與雙層PVT-PCM集熱器截面圖

單層下空氣通道和雙層空氣通道PVT-PCM集熱器的綜合效率對(duì)比如圖8所示，選擇集熱器內(nèi)空氣質(zhì)量流量均為0.059 7 kg/s進(jìn)行對(duì)比，二者隨時(shí)間變化趨勢(shì)基本一致，全天綜合效率最高值均出現(xiàn)在12:30前后，此時(shí)太陽(yáng)輻照度為全天最大值，15:00以后，太陽(yáng)輻照度降低，由于相變蓄熱材料存在延遲放熱，集熱器中的空氣得到相變蓄熱材料中的熱量而導(dǎo)致綜合效率的小幅增長(zhǎng)，17:00左右，由于相變蓄熱材料與空氣的溫差降低，空氣得熱量下降而導(dǎo)致綜合效率降低。與雙通道PVT-PCM集熱器相比，由于單層下空氣通道光伏板上側(cè)無(wú)空氣流過(guò)，光伏板內(nèi)大部分熱量被聚集而無(wú)法及時(shí)被空氣帶出，降低了集熱器熱量的利用效率，計(jì)算時(shí)間段內(nèi)雙通道平均綜合效率較單通道提高了15%左右。

圖8 單層下空氣通道與雙通道PV/T-PCM集熱器的綜合效率對(duì)比

2.4 空氣質(zhì)量流量對(duì)雙通道PVT-PCM集熱器效率的影響

圖9為不同空氣質(zhì)量流量下雙通道PVT-PCM集熱器光熱效率變化。由圖9可知，不同流量的工況下，集熱器的光熱效率隨太陽(yáng)輻照度的變化基本一致，8:00到12:30集熱器的光熱效率呈上升趨勢(shì)，12:30達(dá)到最大值為73.3%。而13:00以后由于太陽(yáng)輻照度降低，集熱器光熱效率開始下降。15:00之后，由于太陽(yáng)輻照度處于較低水平，同時(shí)下通道中的空氣與相變蓄熱材料對(duì)流熱交換，由于相變蓄熱材料延時(shí)調(diào)節(jié)，其相變釋放的熱量使出口空氣溫度仍保持較高的水平，因此光熱效率有一定的提升。17:00以后，由于光伏板溫度下降，相變蓄熱材料的得熱率降低，上下層通道中的空氣得熱量均減少光熱效率開始下降。集熱器光熱效率最大和最小值分別為空氣質(zhì)量流量為0.059 7 kg/s和0.026 5 kg/s，光熱效率最大提高了27%，計(jì)算時(shí)間段內(nèi)平均提高了20.35%。

圖9 不同空氣質(zhì)量流量下雙通道PVT-PCM集熱器光熱效率變化

圖10為不同空氣質(zhì)量流量下雙通道PVT-PCM集熱器光電效率變化。由圖10可知，隨著時(shí)間增加太陽(yáng)輻照度升高，光電效率有明顯的下降趨勢(shì)，8:00以后由于輻照度上升光伏板溫度迅速升高，光電效率下降較快。10:30到12:30相變蓄熱材料相變吸收光伏板中的能量，對(duì)光伏板的溫度進(jìn)行調(diào)控，光電效率下降較為平緩，13:00到14:30之間，輻照度降低但仍保持較高水平，相變蓄熱材料中因儲(chǔ)存了大量熱量而保持較高的溫度，對(duì)光伏板的調(diào)控作用下降，集熱器光電效率逐漸降低。15:00以后，太陽(yáng)輻照水平較低，光電效率逐漸升高。集熱器光電效率最大和最小值分別為空氣質(zhì)量流量為0.059 7 kg/s和0.026 5 kg/s，光電效率最大提高了1.98%，平均提高了1.05%。

圖10 不同空氣質(zhì)量流量下雙通道PVT-PCM集熱器光電效率變化

圖11為不同空氣質(zhì)量流量下雙通道PVT-PCM集熱器綜合效率變化，由圖可知，當(dāng)空氣質(zhì)量流量為0.059 7 kg/s時(shí)，集熱器的綜合效率較大，全天最大綜合效率為86.1%，計(jì)算時(shí)間段內(nèi)平均綜合效率為77.7%，相比空氣質(zhì)量流量為0.026 5 kg/s時(shí)分別提高了13.7%和10.5%。隨著空氣質(zhì)量流量由0.026 5 kg/s增加到0.059 7 kg/s，綜合效率最大值增長(zhǎng)率由6.9%下降到1.45%。

圖11 不同空氣質(zhì)量流量下雙通道PVT-PCM集熱器綜合效率變化

2.5 上下通道進(jìn)口面積比n對(duì)雙通道PV/T-PCM集熱器效率的影響

表3為雙通道PV/T-PCM集熱器上下層通道進(jìn)口面積比。

表3 雙通道PV/T-PCM集熱器上下層通道進(jìn)口面積比

選擇最佳的集熱器空氣質(zhì)量流量0.059 7 kg/s，改變上下層空氣通道進(jìn)口面積比n而集熱器內(nèi)空氣質(zhì)量流量均為0.059 7 kg/s，分析n對(duì)PV/T-PCM集熱器光熱及光電效率的影響。

由圖12可知，當(dāng)集熱器內(nèi)空氣質(zhì)量流量一定、上下層通道進(jìn)口風(fēng)速一定時(shí)，n增大，雙通道PV/T-PCM集熱器的光電效率升高。n增大時(shí)，上層通道中的空氣質(zhì)量流量增加，單位時(shí)間內(nèi)可帶走更多光伏板中聚集的熱量，將光伏板的溫度調(diào)控在較低的范圍。但單層上空氣通道時(shí)，即上下通道面積比為無(wú)窮，光電效率呈下降趨勢(shì)，這是由于相變蓄熱材料層下方無(wú)空氣流過(guò)，熱量聚集在相變蓄熱材料中導(dǎo)致光伏板溫度相對(duì)較高，n為1.67時(shí)，集熱器的光電效率較大，相比單通道時(shí)最大光電效率提高了4.96%，計(jì)算時(shí)間段內(nèi)平均光電效率為11.06%，相比單通道時(shí)提高了1.63%。

圖12 不同上下通道進(jìn)口面積比對(duì)雙通道PVT-PCM集熱器光電效率的影響

由圖13可知，當(dāng)集熱器空氣質(zhì)量流量、上下層通道進(jìn)口風(fēng)速一定時(shí)，雙通道PV/T-PCM集熱器的光熱效率隨n的增大而升高。光伏板為集熱器的直接熱源，聚集了大量的太陽(yáng)輻射，增加上層空氣通道中的空氣質(zhì)量流量可以更高效的帶走集熱器中的熱量，提高光電光熱效率。下層通道中的空氣得熱主要來(lái)自于相變蓄熱材料與光伏板之間的導(dǎo)熱交換而導(dǎo)致相變蓄熱后的溫升，進(jìn)口空氣與相變蓄熱材料間的溫差相比與光伏板間較小，因此，增加上層通道中空氣的質(zhì)量流量可以帶走集熱器中更多的熱量。當(dāng)集熱器內(nèi)的空氣質(zhì)量流量一定時(shí)，單層上空氣通道的空氣與集熱器之間有最大的溫差，最大光熱效率為75.6%。

圖13 不同上下通道進(jìn)口面積比對(duì)雙通道PVT-PCM集熱器光熱效率的影響

由圖14可知，當(dāng)集熱器為單層上空氣通道時(shí)，雙通道PV/T-PCM集熱器的綜合效率較大，全天最大綜合效率為89.4%。當(dāng)集熱器內(nèi)空氣質(zhì)量流量為0.059 8 kg/s，n由0.6增加為單層上空氣通道時(shí)，計(jì)算時(shí)間段內(nèi)集熱器的平均綜合效率增大了6.18%。

圖14 不同上下通道進(jìn)口面積比對(duì)雙通道PVT-PCM集熱器綜合效率的影響

3 結(jié)語(yǔ)

(1)雙通道PV/T-PCM集熱器可以明顯改善光伏板局部熱量聚集而導(dǎo)致的溫度過(guò)高的缺點(diǎn)，增加空氣與集熱器內(nèi)部的對(duì)流換熱，相比單層下空氣通道時(shí)，計(jì)算時(shí)間段內(nèi)集熱器的綜合效率可以提高15%左右。

(2)當(dāng)雙通道PV/T-PCM集熱器的結(jié)構(gòu)一定時(shí)，空氣質(zhì)量流量對(duì)集熱器的綜合效率有較大的影響。當(dāng)空氣質(zhì)量流量為0.059 8 kg/s時(shí)，全天最大綜合效率為86.1%，計(jì)算時(shí)間段內(nèi)平均綜合效率為77.7%，相比空氣質(zhì)量流量為0.026 5 kg/s時(shí)分別提高了13.7%和10.5%。隨著空氣質(zhì)量流量由0.026 5 kg/s增加到0.059 8 kg/s，綜合效率最大值增長(zhǎng)率由6.9%下降到1.45%。

(3)當(dāng)集熱器內(nèi)的空氣質(zhì)量流量為一定值時(shí)，增大n可以提高集熱器的綜合效率。當(dāng)集熱器為單層上空氣通道時(shí)光熱效率最大，但同時(shí)光電效率最低。因此在實(shí)際工程中，若集熱器內(nèi)空氣質(zhì)量流量一定時(shí)，需要高品位的電能，可采用雙通道的集熱器結(jié)構(gòu)，如果注重光熱的利用，可以選擇風(fēng)道在光伏板上方的單通道結(jié)構(gòu)。