光伏-太阳能热泵/热管复合系统的关键问题研究

本项目把采用相同工质的热管循环、热泵循环与太阳能光电/光热综合利用技术有机结合起来，提出了光伏-太阳能热泵/热管复合(PV-SAHP/HP)系统的思想。PV-SAHP/HP系统以太阳辐照、空气为主辅热源，具有冬季采暖、夏季制冷、全年制取生活热水及提供光伏电力等功能。由于工质的蒸发冷却使得光伏电池具有较高的光电转换效率；同时，以太阳辐照为热源，热泵的性能系数得以明显提高；另外，由于具有热管运行模式，大幅度减少了热泵的运行时间和耗电量。本项目结合PV-SAHP/ HP复合系统的运行特性，对如下问题进行研究：系统工质充注量对热管、热泵热力循环的影响；蒸发器结构参数对系统性能的影响；系统不同应用模式下的切换控制原则；光电转换、光热转换、热管循环与热泵循环四者间的最佳热力学关系等问题。研究结果可为PV-SAHP/HP复合系统的优化设计和性能分析提供指导性参考，具有较强的学术研究价值和工程应用前景。

本项目把采用相同工质的热管循环、热泵循环与太阳能光电/光热综合利用技术有机结合起来，提出来光伏-太阳能热泵/热管复合（PV-SAHP/HP）系统的思想。PV-SAHP/HP系统以太阳辐照、空气为主辅热源，具有冬季采暖、夏季制冷、全年制取生活热水及提供光伏电力等功能。由于工质的蒸发冷却使得光伏电池具有较高的光电转换效率；同时，以太阳辐照为热源，热泵的性能系数得以明显提高；另外，由于具有热管运行模式，大幅度减少了热泵的运行时间和耗电量。该系统可以提高太阳能的利用率，实现了太阳能应用更好的集成化，无论是在民用还是工业应用上都具有非常好的前景。本项目结合PV-SAHP/ HP 复合系统的运行特性，对系统工质充注量对热管、热泵热力循环的影响；光伏蒸发器结构参数对系统性能的影响；不同季节、不同气象条件下系统的性能及系统全年的性能进行了模拟；系统不同应用模式下的切换控制原则；光电转换、光热转换、热管循环与热泵循环四者间的最佳热力学关系等基础问题进行研究。建立了光伏蒸发器内工质两相流动传热模型，对光伏蒸发器的进行了管路优化设计；建立了热泵系统的系统模拟模型，对热泵系统的几大关键部件如压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀（毛细管）等进行了模拟优化；建立了热管式蒸发器的传热模型，对热管数量、吸热材料、光伏覆盖率等问题进行了优化设计；建立了热泵热管复合系统的实验测试平台，在实验的基础上结合模拟对系统进行了进一步的优化；建立了环形热管式太阳能热水系统测试平台，对不同充注量下热管制热水的性能进行了实验研究，得出了系统的最佳充注量；对热管式太阳能热水系统进行了全年的模拟，得出了在合肥典型气象年参数下热水器的实际运行时间和可节约的能量，为系统的设计提供了理论依据；对热管式PV/T有无玻璃盖板对系统性能的影响进行了实验研究。以上工作内容为PV-SAHP/HP 复合系统的优化设计和性能分析提供指导性参考，具有较强的学术研究价值和工程应用前景。项目组完成了课题申请中的全部研究目标及研究内容。