关键字 |
| PVT，太阳能光伏，太阳能电池，填充因子 |
介绍 |
| 各种形式的可再生能源主要依赖于入射的太阳辐射，每年总计约380万EJ。为了有效地利用现有的太阳能资源，集成光伏组合热系统(PV/T)特别具有吸引力，因为吸收的太阳辐射可以转化为电能和热量，可以同时利用。 |
| 光伏/热(PV/T)系统的主要部件是光伏/热(PV/T)模块，它是集成到太阳能集热器的光伏板的组合，形成一个将太阳辐射同时转换为电能和热量的设备。与并排的光伏电池板和太阳能集热器相比，PV/T模块能够以更低的生产和安装成本产生更多的单位表面积能量。由于其单位表面积效率高，光伏/T特别适合同时具有热和电力需求以及有限屋顶空间的应用。 |
| 此外，PV/T组件具有PV的美学优势。将光伏组件作为建筑围护结构的一部分是一种可行的利用光伏系统的方式，因为它可以在建筑内提供电力、加热空气或热水。建筑立面和屋顶的大表面是可用的，适合在其中安装光伏组件。这种结合被称为建筑集成光伏(BIPV)技术，在建筑光伏系统的城市应用中占很大一部分。太阳是我们大部分可再生能源供应的最终来源，直接利用太阳辐射对工程师和建筑师都有很深的吸引力。太阳能集热器是用来将太阳辐射转化为热能的。在热收集器中，液体或气体被加热和泵送，或允许通过热对流，围绕一个回路流动，并用于家庭或工业加热。光电池被用来将阳光直接转化为电能。光伏电池的主要功能很简单——硅晶圆直接将落在其上的太阳能转化为电能。 |
| 太阳能热系统和光伏系统最显著的区别是太阳能热系统产生热量，而光伏系统产生电力。有几种方法来收集太阳能，在光伏系统中，大部分被吸收的太阳辐射不会转化为电能。光伏电池利用入射太阳辐射的一小部分来发电，其余的主要在电池中转化为废热，导致光伏电池温度升高，因此模块效率下降。通过自然循环或强制循环冷却都可以降低PV电池的温度。光伏电池的替代方案是使用光伏热系统(PV/T)，其中光伏电池与热提取装置耦合。 |
| 光伏组件的同时冷却将电效率保持在令人满意的水平，因此PV/T集热器由于整体效率的提高提供了更好的利用太阳能的方式。 |
文献综述 |
| Norton b等人在1991年提出，在冬季的一些严寒天气，防冻液可以作为太阳能pv的冷却剂，但不能在夏季使用，因为液体中的换热速率较小，所以防冻液在夏季的性能略差。 |
| Bergene et al(1995)提出了平板pvt/水(pvt/w)集热器系统的详细物理模型，用于性能评估。研究了翅片宽管径比，发现总效率在60-80%之间。b. J. Huang等人在2000年提出，商用多晶光伏电池用于制作pv/t集热器。将集热板、光伏电池和玻璃盖板直接封装在一起形成玻璃集热器，可提高光伏/t集热器的性能。因此，通过将所有部件集成到单个中，还可以降低光伏/t集热器的制造成本和集成光伏热系统(ipvts)的系统成本。 |
| H.a. Zondaga等人在2003年为了更清楚地了解pv/t的总体效率，评估了9种不同的设计。其中，透明下通道pv设计效率最佳。k. Touafek等人在2011年提出了一种基于新的设计方法的新型pvt混合集热器，其目的是与现有的传统混合集热器相比，以最低的成本提高电和热转换的能量效率 |
| B. J. Brinkworth等人2006年在建筑集成风冷光伏方面的工作包括对带太阳能空气集热器的多用途通风光伏和通风光伏建筑立面的研究，以及以最小化效率损失为目标的冷却空气的设计程序。郭明泽解决了gaas聚光器光伏在阳光下长时间运行导致表面温度持续升高的问题。这种温度升高降低了光伏发电效率和/或损坏太阳能电池和发电系统的其他方面。因此，使用水循环系统来冷却太阳能电池的加热表面，并将加热的水储存在储存罐中。这种方法通过冷却太阳能电池来保持光伏发电效率，防止了光伏系统温度快速升高导致的发电效率下降。冷却系统还减少了由于温度升高而对太阳能电池和发电系统造成的损害。Louis-michel collin等人在2013年开发了一种方法和测试平台，用于测量接收器的热性能，作为cpv电池或高功率微电子器件冷却模块的一部分。Rajendra singh等人在2013年分析了单个太阳能电池的效率和由相同类型的太阳能电池组成的光伏组件的效率的相对差异。单晶硅太阳能电池表现出最小的相对差异。多晶硅太阳能电池也很有吸引力。2012年，Tsung-lin chou等人提出，为了降低hcpv模块的成本，考虑了锡膏和基板的导热性较低的材料。 |
问题识别 |
| 太阳能电池聚光器光伏在阳光下长时间运行，导致表面温度持续升高的问题。这种温度升高降低了光伏发电效率和/或损坏太阳能电池和发电系统的其他方面。由于由于热量积聚而导致的电力损失问题，大多数安装人员都确保有可能让空气在太阳能电池板上下流动，以帮助保持太阳能电池板的凉爽。因此，使用水循环系统来冷却太阳能电池的加热表面，并将加热的水储存在储存罐中。这种方法通过冷却太阳能电池来保持光伏发电效率，防止了光伏系统温度快速升高导致的发电效率下降。冷却系统还减少了由于温度升高而对太阳能电池和发电系统造成的损害。由温度引起的功率损失也取决于所使用的太阳能电池板的类型。通常，基于单晶和多晶太阳能电池的太阳能电池板的温度系数在0.44%到50%之间。Sun power (moncrystal)在这方面做得最好，温度系数为0.38%。它也是最高效的商用太阳能电池板，使其成为高温地区的绝佳选择。 |
系统的仿真建模 |
| 短路电流: |
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| 开路电压: |
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| 式中，Vt= (mkt/q) |
| T =绝对温度 |
| 最大功率点: |
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| 最大效率: |
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| 其中，Ga是环境温度 |
| A是单元格面积 |
| 填充因数 |
| 短路电流和开路电压分别是来自太阳能电池的最大电流和电压。然而，在这两个操作点，太阳能电池的功率为零。“填充因子”，通常以其缩写“FF”而闻名，是一个参数，与Voc和Isc一起决定太阳能电池的最大功率。 |
| FF定义为太阳能电池的最大功率与Voc和Isc的乘积之比。由于FF是IV曲线的“垂直度”的衡量标准，因此具有较高电压的太阳能电池具有更大的FF，因为IV曲线的“圆形”部分占用更少的面积。太阳能电池的最大理论FF可以通过对太阳能电池的功率与电压的微分来确定，并找到它等于零的地方。 |
| 图5和图6为光伏板从ansys软件开发到工作液的温度分布输出，上图为温度分布迭代。 |
硬件描述及结果与讨论 |
| 在图5.9中，太阳能电池可通过连接所有正极和负极而串联排列。这个面板中的单元格总数是8。因此，输出电压为3.2 v。由于太阳能电池下的冷却系统，温度降低了，效率也提高了。面板长度= 80.5 cm，宽度=38 cm，高度=5 cm。 |
| 通过该工程分析，PVT系统的整体效率高于PV系统。我们以不同的时间间隔对Solar PV和PVT进行为期一个月的定期分析。从这些读数中，我们可以计算出VI特性，电池中产生的功率，效率。同样，我们利用PSIM和ANSYS软件证明了太阳能pvt效率的提高。从PSIM软件中我们可以观察到，如果电池的温度升高，那么电池产生的功率就会降低。为了克服这一问题，我们在光伏电池下方放置了一个冷却系统，这有助于降低电池的温度，从而提高光伏系统的整体效率。在ANSYS软件中，我们已经显示了电池从玻璃板的传热，即从太阳能电池的上表面到电池的下表面。 |
| 我们正在进行单电池和太阳能电池板的读数。输出单电池电压0.4V。太阳能电池板由八个电池串联而成。因此，太阳能电池板的输出电压为3.2V。让我们讨论一下VI的特征 |
| 从上图显示了PVT的结果和讨论，图9显示了PVT的VI特性，图10显示了PV的VI特性，如果我们验证这两幅图，我们可以理解由于太阳能电池的温度降低而增加的最大功率输出。图11和12显示了正常光伏系统和PVT系统的电池温度，这里显示了温度降低到3摄氏度，这提高了太阳能电池的效率，增加了系统的输出。 |
结论 |
| 光伏组件与热系统的结合形成光伏热(PVT)混合集热器，它将同时产生电能和热量。通过在PVT中提供冷却系统，与PV系统相比，通过降低系统温度来提高整个系统的效率。因此，利用PSIM和ANSYS软件对所提出的光伏热(PV/T)太阳能电池板设计进行了分析。 |
数字一览 |
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| 图1 |
图2 |
图3 |
图4 |
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| 图5 |
图6 |
图7 |
图8 |
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| 图9 |
图10 |
图11 |
图12 |
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参考文献 |
- K.Touafek, M. Haddadi，和A. Malek，“一种新型混合光伏热集热器的建模和实验验证”，《能源转换学报》，Vol. 26, No. 1, 2011年3月。
- Ming-TseKuo,Wen-Yi Lo:“聚光光伏和水冷系统的结合以提高太阳能的利用率”，Ieee工业应用汇刊，2013。
- Louis-Michel Collin, Osvaldo J. Arenas, Richard Arès, And Luc G. Fréchette, Ieee成员:“集中式光伏电池接收器的热阻和热扩散表征平台”Ieee元器件学报，包装与制造技术，Vol. 3, No. 10, 2013年10月。
- 诺顿B，埃德蒙兹杰。用于热虹吸式太阳能热水器冷冻保护的丙二醇水溶液浓度。Sol Energy 1991; 47:375-82。
- Bergene T, LovikOm。集成太阳能电池平板太阳能集热器的模型计算。Sol Energy 1995; 55:453-62。
- 黄宝杰，林铁辉，洪文昌，孙福生，太阳能光伏/热系统性能评价，太阳能学报，第4期，2000
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