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蓄能型空气式太阳能集热器热效率研究

热能动力工程 2019年第12期34卷 116-121页

作者：罗权权李保国朱传辉苏树强上海理工大学食品科学与工程研究所上海200093 上海筑能环境科技有限公司上海201299

针对以水为传热介质真空管太阳能集热器存在的低温冻裂、过高温炸裂和使用间断性等问题,将太阳能集热器的真空管进行改进设计,并在其中设置相变蓄能棒,采用空气为传热介质,研制了一种新型空气式太阳能集热器。实验测试表明:在平均辐照... 详细信息

针对以水为传热介质真空管太阳能集热器存在的低温冻裂、过高温炸裂和使用间断性等问题,将太阳能集热器的真空管进行改进设计,并在其中设置相变蓄能棒,采用空气为传热介质,研制了一种新型空气式太阳能集热器。实验测试表明:在平均辐照强度为727 W/m^2条件下,可延长供热3 h,并随着辐照强度增加供热时间延长;无相变材料的真空管太阳能集热器平均集热效率为36%,相变蓄能棒平均等效集热效率为60%,新型蓄能型空气式太阳能集热器综合集热效率为96%;与传统以水为介质的内插式真空管太阳能集热器平均集热效率为58%相比,该新型集热器集热效率有显著提高。

关键词：太阳能集热器空气相变蓄能集热效率

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内插流道太阳能真空集热管热效率提升研究

内插流道太阳能真空集热管热效率提升研究

作者：李旋河北科技大学

学位级别：硕士

太阳能真空管集热器以其良好的集热和保温特性,近年来得到国内外众多学者和研究机构的广泛关注,是目前太阳能光热转换应用发展中技术最为成熟、最具投资价值的一项节能环保应用产品。市面上常见的太阳能集热器中的真空集热管大部分都使... 详细信息

太阳能真空管集热器以其良好的集热和保温特性,近年来得到国内外众多学者和研究机构的广泛关注,是目前太阳能光热转换应用发展中技术最为成熟、最具投资价值的一项节能环保应用产品。市面上常见的太阳能集热器中的真空集热管大部分都使用的是铜管和铝管材质,但它们的价格高,而对其他管材的真空集热管研究很少。基于这一问题,本文提出了在真空集热管中采用管材PPR管代替铜管、铝管进行分析研究。首先,对太阳能真空管集热器的结构及工作原理进行了探讨,选出适合本研究的真空管集热器类型并确定了真空集热管的管径尺寸,然后对太阳辐射能量以及真空集热管热性能做了简单的分析。本文建立了外玻璃管管径为58mm,内玻璃管管径为47mm,壁厚都为1.6mm,管长为2m的太阳能真空集热管的数学模型,为研究集热管的热性能提供了理论基础。利用Fluent软件进行数值模拟过程中的几何建模、计算流域的确定、网格划分、边界条件的选取、湍流模型的选择以及求解参数的设置,通过对不同管径、进口流速等工作参数下集热管流道内的流动与换热的数值模拟,得出各参数下集热管内的流场和温度场的分布图,对模拟结果进行对比分析,得出各参数对集热管内对流换热性能的影响规律。同时还对不同的管径、不同流速下真空集热管的阻力特性进行了研究,并对不同参数下真空集热管的集热效率进行了分析。根据模拟结果分析可以得出,对于单根真空集热管来说,当管径为25mm的PPR管偏心6mm布置,入口流速为0.5m/s时,集热管的换热效果最好,日平均集热效率可以达到59.3%左右。通过对比不同热水锅炉的能源费用及效益,得出太阳能热水器中用电加热作为辅助能源的经济效益最好,并分析了系统的节能效益和社会效益。通过最小年费法和生命周期成本法对太阳能集热系统和燃煤锅炉热水系统进行经济性分析,得出太阳能集热系统相比燃煤锅炉热水系统的节省率在70%左右,且太阳能集热系统静态投资回收期约为4.9年。

关键词：太阳能 PPR真空集热管数值模拟集热效率经济性分析

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太阳能PV/T光储直驱热电联产系统性能

化工进展 2023年第6期42卷 2895-2903页

作者：张东刘鹏飞刘春阳侯刚惠博安周建兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点实验室甘肃兰州730050 兰州兰石换热设备有限责任公司甘肃兰州730050

面对居民日益增长的生活热水和电能需求,光伏/光热(photovoltaic/thermal,PV/T)技术的应用可以降低建筑运行时的能源消耗。本文介绍了一种太阳能PV/T光储直驱热电联产(combined heat and power,CHP)系统,为了减少系统运行过程中的能量损... 详细信息

面对居民日益增长的生活热水和电能需求,光伏/光热(photovoltaic/thermal,PV/T)技术的应用可以降低建筑运行时的能源消耗。本文介绍了一种太阳能PV/T光储直驱热电联产(combined heat and power,CHP)系统,为了减少系统运行过程中的能量损失,采用直流压缩机和储能电池,并在兰州地区对系统的运行性能开展了实验测试。研究结果表明,PV/T系统的光伏板温度相比传统PV组件温度平均降低12.26℃,平均发电效率相对提升8.1%。在将24.4~27.2℃的水加热到50.1~50.7℃的过程中,平均性能系数(coefficient of performance,COP)可达到5.48,相比传统空气源热泵热水器提高82.1%~106.8%。平均集热效率和综合效率分别为37.30%和71.24%,PV/T系统的发电量和耗电量分别为3.33kWh和1.69kWh,发电量相比PV系统提高5.7%。太阳能PV/T光储直驱热电联产系统可以减少建筑部门的能源消耗,并提升PV/T系统的发电效率和综合效率,在晴天条件下可以实现离网运行。

关键词：光伏/光热直驱热电联产发电效率集热效率

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太阳能烟囱集热棚入口增设挡板的热特性研究

太阳能学报 2023年第4期44卷 499-505页

作者：王静文聂晶贾靖闫素英苏昊高虹内蒙古工业大学能源与动力工程学院呼和浩特010051 内蒙古可再生能源重点实验室呼和浩特010051

为提高太阳能烟囱集热系统(SCHCS)效率,提出在集热棚入口增设透明挡板优化设计方案。采用三维数值模拟结合离散纵坐标(DO)辐射模型、太阳光线追踪对集热棚入口无挡板、一层挡板、两层挡板3种模型对比研究。采用相同模型尺寸的SCHCS试验... 详细信息

为提高太阳能烟囱集热系统(SCHCS)效率,提出在集热棚入口增设透明挡板优化设计方案。采用三维数值模拟结合离散纵坐标(DO)辐射模型、太阳光线追踪对集热棚入口无挡板、一层挡板、两层挡板3种模型对比研究。采用相同模型尺寸的SCHCS试验结果验证仿真结果正确性。对比分析3种模型对SCHCS温度、速度、压力、熵产、集热效率性能参数影响结果,选取更合适的集热棚优化设计。结果表明:与无挡板集热棚入口相比,改变集热棚入口设计可提高SCHCS温度场、压力场、速度场的均匀性。与一层挡板相比,两层挡板更好地改善了系统温度、压力、速度均匀性。太阳辐照度为200 W/m~2时,两层挡板的集热效率比无挡板和一层挡板分别高8.49%、22.85%;太阳辐照度为1000 W/m~2时,两层挡板的集热效率比无挡板和一层挡板分别高9.71%、13.05%。

关键词：太阳能烟囱集热系统结构优化集热效率

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带反射板的热管真空管集热器试验研究

太阳能学报 2023年第4期44卷 472-478页

作者：王予王恩宇沈海笑张学友程永昌董淑锦河北工业大学能源与环境工程学院天津300401

为研究反射板对太阳能集热器集热能力的影响,以带有12根Φ58 mm×1800 mm热管真空管的集热器为研究对象,在晴天和多云条件下对带波纹型、平面型、波纹平面型反射板和无反射板的集热器集热能力进行试验。结果表明:带波纹型反射板的集热... 详细信息

为研究反射板对太阳能集热器集热能力的影响,以带有12根Φ58 mm×1800 mm热管真空管的集热器为研究对象,在晴天和多云条件下对带波纹型、平面型、波纹平面型反射板和无反射板的集热器集热能力进行试验。结果表明:带波纹型反射板的集热器日集热量在晴天和多云条件下比无反射板时分别提高25.19%和26.50%,相比平面型反射板高1.15%和1.00%,相比波纹平面型反射板高10.32%和9.96%。在一天内,带波纹平面型反射板的集热器小时集热能力最小,带波纹型与平面型反射板的集热器集热能力在不同时刻相对大小存在差异。当集热器对环境无热损时,带波纹型、平面型和波纹平面型反射板的集热器集热效率比无反射板分别提高10.37%、8.94%和4.15%。

关键词：太阳能集热器热管集热效率反射板归一化温差

积尘形态及密度对太阳能PV/T系统的性能影响研究

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太阳能学报 2023年第5期44卷 171-177页

作者：张东俞凯景金龙刘畅安周建李秉阳兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点实验室兰州730050 兰州理工大学机电工程学院兰州730050

在室外搭建太阳能光伏/热(PV/T)系统实验测试平台,研究积尘形态及密度对系统性能的影响。研究结果表明:积尘形态主要影响太阳能PV/T系统的光热效率,积尘密度主要影响系统的光电效率。与松散积尘相比,粘结积尘对系统光热效率及综合效率... 详细信息

在室外搭建太阳能光伏/热(PV/T)系统实验测试平台,研究积尘形态及密度对系统性能的影响。研究结果表明:积尘形态主要影响太阳能PV/T系统的光热效率,积尘密度主要影响系统的光电效率。与松散积尘相比,粘结积尘对系统光热效率及综合效率的影响更大。当松散积尘密度从0变化至33.79 g/m^(2)时,系统的光热效率下降率仅为2.32%,而系统的光电效率下降率高达48.65%。在该文实验中,随着积尘密度的增大,太阳电池的工作温度依次为53.99、52.92、50.73和55.58℃,呈先降后增的变化趋势。故少量积尘不会使太阳能PV/T系统中太阳电池的工作温度升高而影响其正常工作。

关键词：太阳能集热器光伏组件集热效率 PV/T 灰尘问题积尘形态积尘密度

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利用反向射流提升无盖板型太阳能集热器性能

农业工程学报 2022年第10期38卷 232-238页

作者：胡桂胡建军金健谈宏莹燕山大学河北省建筑低碳清洁供热技术创新中心秦皇岛066004 燕山大学河北省土木工程绿色建造与智能运维重点实验室秦皇岛066004

为了进一步提高无盖板型太阳能空气集热器的集热效率,该研究提出了一种利用U型管制造反向射流强化集热板换热的无盖板型太阳能空气集热器。通过试验研究了该型集热器内部的温度分布特性,以及2020年12月10日和2021年6月20日的集热性能。... 详细信息

为了进一步提高无盖板型太阳能空气集热器的集热效率,该研究提出了一种利用U型管制造反向射流强化集热板换热的无盖板型太阳能空气集热器。通过试验研究了该型集热器内部的温度分布特性,以及2020年12月10日和2021年6月20日的集热性能。试验结果表明:反向冲击射流的冷却作用可以有效降低集热板表面温度,形成覆盖大部分集热板面积的低温区域,且温度分布较为均匀;作为产生反向射流的U型管,还可以充当肋片结构对进入集热腔内的空气进行预热,夏季晴朗工况下U型管的进出口温差可达3.5℃;该型集热器在6月20日的平均集热效率可达到80%,而12月10日的热效率仅为45%,冬夏集热效率的差别较大。该研究为无盖板型太阳能集热器性能优化提供了新思路。

关键词：太阳能集热器无盖板集热效率射流冲击

寒冷地区空气源热泵辅助太阳能热水器供暖性能

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上海交通大学学报 2023年第7期57卷 910-920页

作者：李金平董玉慧李彩军代静波牛轶男 NOVAKOVIC Vojislav 兰州理工大学甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点试验室兰州730050 兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 兰州理工大学西北低碳城镇支撑技术协同创新中心兰州730050 挪威科技大学能源与过程工程系挪威特隆赫姆7491

为提高太阳能热水器供暖的稳定性并大幅降低空气源热泵供暖的成本,提出空气源热泵辅助太阳能真空管热水器供暖构想,在甘肃省兰州市七里河区魏岭乡绿化村搭建空气源热泵辅助太阳能热水器供暖试验系统,详细研究了晴天、阴天及多云3种典型... 详细信息

为提高太阳能热水器供暖的稳定性并大幅降低空气源热泵供暖的成本,提出空气源热泵辅助太阳能真空管热水器供暖构想,在甘肃省兰州市七里河区魏岭乡绿化村搭建空气源热泵辅助太阳能热水器供暖试验系统,详细研究了晴天、阴天及多云3种典型工况下系统的集热效率、热泵性能系数、系统太阳能保证率和系统能效比等.研究结果表明,晴天、阴天及多云工况下太阳能集热器有效得热量分别为75.5、4.1和49.2 kW·h,集热效率分别为61.3%、26.6%、55.2%,太阳能热泵平均性能系数(COP)分别为3.6、3.4、3.6,空气源热泵平均COP分别为0、2.9、3.1,系统实际供热量分别为113.4、125.9和124.8 kW·h,系统耗电量分别为33.4、50.5和42.7 kW·h,系统太阳能保证率分别为66.6%、3.3%、39.4%,系统能效比分别为3.4,2.5,2.9.研究证明了太阳能真空管集热器-空气源热泵系统用于寒冷地区供暖的可行性,为寒冷地区供暖提供了一种新途径.

关键词：太阳能热水器空气源热泵集热效率性能系数系统太阳能保证率系统能效比

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CPC不同方位辐射量及最佳倾角计算

太阳能学报 2022年第3期43卷 256-262页

作者：马明瑞李明吴德众李国良周国富云南师范大学太阳能研究所昆明650500 华南师范大学华南先进光电子研究院广州510631

针对复合抛物面集热器(CPC)接收辐射量和集热性能受方位角和倾角影响的关系。分别分析了CPC不同放置方式下接收到的太阳辐射及对应最佳倾角,得到方位角与最佳倾角的关系,结合不同地区研究CPC最大太阳辐射量与倾角、方位角之间的关系。... 详细信息

针对复合抛物面集热器(CPC)接收辐射量和集热性能受方位角和倾角影响的关系。分别分析了CPC不同放置方式下接收到的太阳辐射及对应最佳倾角,得到方位角与最佳倾角的关系,结合不同地区研究CPC最大太阳辐射量与倾角、方位角之间的关系。结果发现,大多数地区全年最佳倾角位于当地纬度附近,相差5°以内,侧重冬半年使用应采用较大的倾角,夏半年采用较小的倾角;正南方向为最佳方位,太阳辐射随着方位角增加而降低,当CPC偏离正南方向时,应降低倾角来减小太阳辐射损失。对正南朝向下不同倾角CPC倾斜面接收辐射量进行了测试,验证了理论计算的准确性。并对不同倾角CPC的集热性能进行研究,最佳倾角的确定可使瞬时热效率提高3.9%以上,在CPC的应用中可以提高实际应用价值。

关键词：复合抛物面集热器集热效率倾斜角太阳辐射