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PV-ETFE气枕系统在多物理场作用下的性能分析

PV-ETFE气枕系统在多物理场作用下的性能分析

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作者：阴悦上海交通大学

学位级别：硕士

乙烯-四氟乙烯(Ethylene-tetrafluoroethylene,ETFE)膜材作为一种新型的建筑材料,具有轻质、耐冲击、透光率高、化学性质稳定、自洁性较好等特点,广泛应用于大跨度建筑中。柔性太阳能电池(Photovoltaics,PV)具有较好的柔韧性和高温适应... 详细信息

乙烯-四氟乙烯(Ethylene-tetrafluoroethylene,ETFE)膜材作为一种新型的建筑材料,具有轻质、耐冲击、透光率高、化学性质稳定、自洁性较好等特点,广泛应用于大跨度建筑中。柔性太阳能电池(Photovoltaics,PV)具有较好的柔韧性和高温适应性,将ETFE气枕和PV结合为光伏膜结构一体化(Building Integrated with Photovoltaics,BIPV)建筑,利用PV将太阳能转化成电能和热能,可充分利用两者优势,有效降低膜结构建筑能耗。由于PV-ETFE气枕性能具有复杂的长期性、时变性、动态性,对其各项性能参数进行全面测量较为困难因此有必要建立合理的数值分析模型,全面分析气枕的综合性能并揭示更为深刻的问题。此外,PV在吸收外界光照辐射后表面温度急剧升高,其电性能必定会受到一定影响;而ETFE薄膜具有较高的温度敏感性,其力学性能也会随温度变化产生一定响应,故有必要从材料层面入手,研究PV-ETFE复合材料的光电-热-力性能。首先,以三层PV-ETFE气枕夏季性能试验为依据,概述了该气枕系统的光电光热性能及结构性能。基于实际试验环境与气枕性能分析结果,从日照辐射与PV-ETFE气枕的温度场、结构场及气枕内流场出发,分别建立各物理场作用分析模型及热-流耦合分析模型。然后,在COMSOL Multiphysics多物理场分析软件中建立三维光热-流-结构多场耦合分析模型,研究了上海地区夏季9:007:00时段内三层PV-ETFE气枕在多物理场作用下的膜面力学性能、温度场及内部流场分布的动态变化规律,并与PV-ETFE气枕夏季性能试验结果进行对比,验证了数值模型的合理性与准确性,可推广用于PV-ETFE气枕的设计施工与性能优化分析。最后,研究了柔性薄膜有机太阳能电池(Organic photovoltaics,OPV)与ETFE薄膜的材料层压方法及其对光电-热-力性能的影响。在日照辐射强度为1000 W/m的光照条件下,分别对不同形式的柔性OPV-ETFE复合材料进行单轴拉伸试验,得到了应力-应变曲线、温度及电压变化曲线,并分析了光电-热-力性能之间的相互作用现象与规律。基于试验实测情况建立柔性OPV-ETFE复合材料光热-力性能数值分析模型,分析OPV-ETFE材料在多物理场作用下的光热-力性能,可为柔性OPV-ETFE气枕系统的深入研究奠定一定基础。

关键词： PV-ETFE气枕系统光伏建筑一体化光热-流-结构性能柔性有机薄膜太阳能电池光电-热-力性能

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PV-ETFE气枕热-结构-流场性能数值分析

PV-ETFE气枕热-结构-流场性能数值分析

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第十七届空间结构学术会议

作者：阴悦陈务军胡建辉上海交通大学空间结构研究中心上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心

PV-ETFE气枕是膜结构光伏建筑一体化的新型结构形式,PV嵌于中间层ETFE薄膜中,其光电特性相对较为独立,除了受PV表面温度影响导致光电转化效率变化之外,基本不受气枕其他性能的影响。而气枕本身的热性能、结构性能与内部空气流动特性之... 详细信息

PV-ETFE气枕是膜结构光伏建筑一体化的新型结构形式,PV嵌于中间层ETFE薄膜中,其光电特性相对较为独立,除了受PV表面温度影响导致光电转化效率变化之外,基本不受气枕其他性能的影响。而气枕本身的热性能、结构性能与内部空气流动特性之间相互影响,多物理场之间的相互耦合作用使得气枕性能分析问题更加复杂,将这些耦合变量分离出来并进行试验测量分析较难实现。由于PV-ETFE气枕性能具有复杂的长期性、时变性、动态性,对其各项性能参数进行全面测量较为困难因此有必要建立合理的数值分析模型。考虑影响气枕各方面性能的主要因素,本文建立了合理有效的数值分析方法并采用三维模型分别对三层PV-ETFE气枕的热-流-结构性能进行了全面分析。

关键词： PV-ETFE气枕系统光伏建筑一体化光热-流-结构性能柔性有机薄膜太阳能电池光电-热-力性能

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