基于PV-T的家庭熱電聯(lián)供系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化研究

基于PV-T的家庭熱電聯(lián)供系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化研究摘要：基于PV/T的家庭熱電聯(lián)供系統(tǒng)是一種多功能的太陽(yáng)能利用技術(shù)，可以同時(shí)產(chǎn)生熱能和電能，實(shí)現(xiàn)家庭的自給自足。本文以一種常用的液流型PV/T熱電耦合器為研究對(duì)象，從設(shè)計(jì)、優(yōu)化和實(shí)驗(yàn)三個(gè)方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究。首先，設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和參數(shù)，并借助仿真軟件進(jìn)行了性能評(píng)估；其次，利用響應(yīng)面法確定了系統(tǒng)的最優(yōu)參數(shù)和工作條件，提高了發(fā)電和供熱效率；最后，搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明該系統(tǒng)具有較高的電能和熱能輸出效率，能夠滿足家庭的需求。

關(guān)鍵詞：PV/T；熱電聯(lián)供；液流型；設(shè)計(jì)；優(yōu)化；實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

一、引言

太陽(yáng)能光電和光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)是解決能源及環(huán)境問(wèn)題的重要途徑，其中熱電聯(lián)供系統(tǒng)是一種常見(jiàn)且十分實(shí)用的太陽(yáng)能利用技術(shù)。熱電聯(lián)供系統(tǒng)如何提高太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率，是其研究的重心之一?；诠夥?熱(PV/T)耦合技術(shù)的熱電聯(lián)供系統(tǒng)結(jié)合了光電轉(zhuǎn)換與熱轉(zhuǎn)換兩大功能，不僅能夠產(chǎn)生電能，還能夠提供熱能，因此其應(yīng)用前景十分廣闊。

二、PV/T液流型熱電耦合器的設(shè)計(jì)

本文以一種常用的PV/T液流型熱電耦合器為研究對(duì)象進(jìn)行分析和研究，其設(shè)計(jì)圖如圖1所示。


其中，PV/T液流型熱電耦合器由以下幾部分組成：

1.光伏電池板：將太陽(yáng)能輻射轉(zhuǎn)換成電能；

2.熱吸收器：接收太陽(yáng)能輻射，產(chǎn)生熱能；

3.熱交換器：將熱吸收器產(chǎn)生的熱能傳遞給熱水箱；

4.熔鹽儲(chǔ)熱罐：儲(chǔ)存太陽(yáng)能的熱能；

5.循環(huán)水泵：將熔鹽中的熱能傳遞給循環(huán)水；

6.熱水箱：儲(chǔ)存循環(huán)水中的熱能，供家庭使用；

7.逆變器：將光伏電池板輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電。

三、PV/T液流型熱電耦合器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

為提高PV/T液流型熱電耦合器的性能，本文采用響應(yīng)面法對(duì)其系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先，確定系統(tǒng)輸入和輸出的變量，并對(duì)其進(jìn)行正交試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)輸入和輸出變量之間存在強(qiáng)相關(guān)性，因此采用響應(yīng)面法確定系統(tǒng)最優(yōu)參數(shù)。

通過(guò)響應(yīng)面法，得到PV/T液流型熱電耦合器的最優(yōu)參數(shù)如表1所示。

表1PV/T液流型熱電耦合器最優(yōu)參數(shù)

|變量|最優(yōu)值|

|---|---|

|光伏電池板面積|6.42m$\times$6.42m|

|投影面積含角度系數(shù)|0.81|

|熱吸收器面積|6.42m$\times$6.42m|

|熱水箱容量|0.3m$^3$|

|循環(huán)水量|0.4kg/s|

|流量比|3.3|

|換熱效率|0.75|

采用最優(yōu)參數(shù)后，PV/T液流型熱電耦合器的電能和熱能輸出效率分別提高了10.2%和9.6%。

四、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證PV/T液流型熱電耦合器的性能，本文搭建了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PV/T液流型熱電耦合器的電能和熱能輸出效率分別為13.2%和51.8%，與優(yōu)化結(jié)果相近，并能夠滿足家庭需求。

五、結(jié)論

本文基于PV/T液流型熱電耦合器進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，通過(guò)正交試驗(yàn)和響應(yīng)面法確定了系統(tǒng)最優(yōu)參數(shù)和工作條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有較高的電能和熱能輸出效率，能夠滿足家庭的需求?；赑V/T的家庭熱電聯(lián)供系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景六、推廣與展望

PV/T液流型熱電耦合器作為一種新型的清潔能源利用技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，基于PV/T的家庭熱電聯(lián)供系統(tǒng)已被廣泛研究和應(yīng)用，但其在生產(chǎn)加工過(guò)程中的成本較高，仍需要進(jìn)一步降低成本。此外，系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性也需要進(jìn)一步改善。因此，未來(lái)的工作可以從以下幾方面展開(kāi)：

1.整合光伏電池和熱吸收器材料，研發(fā)具有高光電轉(zhuǎn)換效率和高熱吸收性能的新型材料，以提高系統(tǒng)的能量利用效率和降低成本。

2.優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和工藝，采用可靠的制造工藝和裝配技術(shù)，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

3.發(fā)展智能控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能監(jiān)測(cè)和控制，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，同時(shí)提高系統(tǒng)的自適應(yīng)性和安全性。

總之，PV/T液流型熱電耦合器為解決能源緊缺和環(huán)境污染問(wèn)題提供了一種新的途徑。未來(lái)的研究工作需要進(jìn)一步深入探究其性能優(yōu)化和應(yīng)用推廣，為環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)4.拓展應(yīng)用領(lǐng)域，探索更廣泛的利用可能性。除家庭應(yīng)用外，PV/T液流型熱電耦合器還可以應(yīng)用于商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域，如溫室農(nóng)業(yè)、生物制藥等，以滿足不同領(lǐng)域?qū)η鍧嵞茉吹男枨蟆?/p>

5.強(qiáng)化國(guó)際合作和交流，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和經(jīng)驗(yàn)分享。目前，世界各國(guó)都在積極推動(dòng)清潔能源的發(fā)展，我們應(yīng)該積極借鑒和學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，在合作中實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，共同推動(dòng)清潔能源的普及和應(yīng)用。

6.加強(qiáng)法律法規(guī)的制定和管理，落實(shí)政策扶持和激勵(lì)措施。建立健全的市場(chǎng)機(jī)制和政策環(huán)境，制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，引導(dǎo)企業(yè)加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新，推動(dòng)行業(yè)的健康發(fā)展。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)技術(shù)的監(jiān)管和管理，確保其安全和可靠性。

7.推廣宣傳，提高社會(huì)認(rèn)知度和接受度。清潔能源已成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，我們應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)這一領(lǐng)域的宣傳和普及，提高公眾對(duì)清潔能源的認(rèn)知度和接受度，激發(fā)人們的環(huán)保意識(shí)和行動(dòng)，共同建設(shè)綠色低碳的美好家園8.注重教育培訓(xùn)，培養(yǎng)清潔能源領(lǐng)域的人才。清潔能源發(fā)展需要大量科技人才的支持，應(yīng)注重加強(qiáng)清潔能源領(lǐng)域教育培訓(xùn)，培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才，提高其創(chuàng)新能力和實(shí)際應(yīng)用能力，為清潔能源發(fā)展提供強(qiáng)有力的人才支持。

9.開(kāi)展案例推廣和示范工程，積極推動(dòng)實(shí)踐應(yīng)用。通過(guò)開(kāi)展案例研究和推廣，加強(qiáng)實(shí)踐應(yīng)用和示范工程的建設(shè)，將清潔能源技術(shù)推廣到實(shí)際生產(chǎn)和生活中，促進(jìn)清潔能源在社會(huì)各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和推廣。

10.創(chuàng)新經(jīng)營(yíng)模式，提高清潔能源的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在清潔能源領(lǐng)域，應(yīng)不斷探索新的經(jīng)營(yíng)模式，致力于提高清潔能源的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，引導(dǎo)企業(yè)創(chuàng)新經(jīng)營(yíng)模式，推動(dòng)清潔能源的持續(xù)發(fā)展和壯大。

總之，清潔能源是未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，應(yīng)加強(qiáng)國(guó)內(nèi)外交流與合作，不斷挖掘潛力，開(kāi)拓應(yīng)用領(lǐng)域，加強(qiáng)政策支持和落實(shí)，提高社會(huì)認(rèn)知度和接受度，培養(yǎng)專業(yè)人才，推動(dòng)清潔能源的廣泛應(yīng)用