毕业论文(设计)--光伏太阳能热泵系统.doc

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1、光伏太阳能热泵系统摘要:近些年一种全新的PV-SAHP系统对太阳能光伏发电系统中电池板过热问题提出解决方案,它利用光伏发电——热泵热水器联合系统对电池板进行冷却,同时对热泵工质进行加热,以期望同时提高光电转化效率和热泵能效比。,关键词:光伏太阳能热泵系统、光伏发电、热泵热水器、效率1.引言几十年来能源问题越来越突出,已经成为困扰全人类的一大难题。而太阳能可再生、无污染、储量巨大,是公认的理想能源。因此关于太阳能利用的研究一直在进行,而近些年这个问题的热度也不断提升。如今,太阳能利用已初具规模,太阳能热水器已经十分普及,

2、太阳能光伏发电也向着高效率,低成本的方向发展。本文首先阐述太阳能光伏发电、空气源热泵热水器和太阳能热泵的研究和发展情况,提出系统中存在的问题和解决方案。在第三部分中介绍光伏发电——热泵热水器联合系统的工作原理。通过对系统的效率、㶲损失、经济效益等方面进行对比分析我们可以明显看到联合系统的优势。2.太阳能光伏发电、热泵热水器的发展2.1太阳能光伏发电1893年,法国科学家贝克雷尔(Becqurel)发现,光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏特效应”,简称“光伏效应”。1954年,美国科学

3、家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池,诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。20世纪70年代以来,现代工业快速发展,能源问题逐渐暴露。于是,人们将目光投向了可再生能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦时,人类如果能将其中的万分之一转化为电能,每年的发电量将会是地球能耗的几十倍。于是,上世纪80年代以来,太阳能电池种类逐渐增多,市场日益扩大。20世纪90年代后,光伏发电快速发展。到2006年,世界上已经建成了10多座兆瓦级光伏发电系统,6个兆瓦级的联网光伏电站。根据《2013-20

4、17年中国光伏发电产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》【2】调查数据显示,2011年,全球光伏新增装机容量约为27.5GW,较上年的18.1GW相比,涨幅高达52%,全球累计安装量超过67GW。全球近28GW的总装机量中,有将近20GW的系统安装于欧洲,但增速相对放缓,其中意大利和德国市场占全球装机增长量的55%,分别为7.6GW和7.5GW。2011年以中日印为代表的亚太地区光伏产业市场需求同比增长129%,其装机量分别为2.2GW,1.1GW和350MW。此外,在日趋成熟的北美市场,去年新增安装量约2.1GW,增幅

5、高达84%。其中中国是全球光伏发电安装量增长最快的国家,2011年的光伏发电安装量比2010年增长了约5倍,2011年电池产量达到20GW,约占全球的65%。截至2011年底,中国共有电池企业约115家,总产能为36.5GW左右。如果光伏发电成本过高问题能够得到解决,太阳能发电产业会有无穷的潜力,这对于缓解能源危机也有重大意义。2.2热泵热水器十九世纪早期法国科学家萨迪·卡诺(SadiKarnot)在1824年首次以论文提出“卡诺循环”理论,这成为热泵技术的起源。1852年英国科学家开尔文(L.Kelvin)提出,冷冻

6、装置用于加热,将逆卡诺循环用于加热的热泵设想。1912年瑞士的苏黎世成功安装一套以河水作为低位热源的热泵设备用于供暖,这是早期的水源热泵系统,也是世界上第一套热泵系统。热泵工业在20世纪40年代到50年代早期得到迅速发展,家用热泵和工业建筑用的热泵开始进入市场,热泵进入了早期发展阶段。同太阳能光伏发电系统一样,热泵在上世纪70年代也迎来了发展的黄金时期。热泵新技术层出不穷,热泵的用途也在不断的开拓,广泛应用于空调和工业领域,在能源的节约和环境保护方面起着重大的作用。如今市场上最常见的是空气源热泵热水器。顾名思义,空气源

7、热水器即吸收空气中的热量进行加热的装置。相比于直接使用电加热,空气源热泵在一般情况下可以把能耗降低到1/4【3】。由于它耗电少,与太阳能热水器相比受天气影响较小,有着独特的优势。2.3太阳能热泵系统太阳能热泵系统是指以太阳能为热源的热泵系统。太阳能热泵系统克服了普通风冷热泵系统在高纬度地区的冬季容易因结霜导致系统效率偏低甚至无法运行的缺陷,而且提高了系统的蒸发温度,改善了系统的性能。SAHP系统主要分为两种类型:(1)间接式太阳能热泵系统太阳能集热系统和热泵循环各自独立,两者通过换热器实现能量交换;(2)直膨式太阳能热

8、泵系统,把太阳能集热器和热泵蒸发器结合成一体,热泵工质在太阳能集热器中流动,直接吸收投射到集热器表面的太阳能【4】。2.4光伏太阳能热泵(PV-SAHP)系统及研究现状太阳能光伏发电效率随电池板温度升高而降低。当电池板温度较高时,有必要进行降温。单一的降温方法消耗电能,收益很少甚至得不偿失,实际生产和生活中极少进行降温。而且传统降

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