光伏光热pvt系统概况与评价

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1、万方数据第30卷第2期2009年2月太阳能学报ACrAEN】ERCIA正SOLARISSIMCAV01．30．No．2Feb．，2009光伏／光热(PVT)系统概况与评价王宝群，姚强，宋蔷，卢智恒(热科学与动力工程教育部重点实验室，清华大学热能上程系，北京100084)摘要：简要介绍了当前Pw系统的主要类型及其研究概况，分析了不同的PVT系统能源效率评价方法，并比较了PvT系统、Pv系统和太阳集热器系统的经济性。通过案例分析，指出了影响PVT系统经济性的重要因素。关键词：太阳能；光伏／光热；P、，r

2、I'；评价；经济性中图分类号：TKSl9文献标识码：AO引言风能、生物质能和太阳能等可再生能源的开发利用是节约化石能源和解决环境污染的重要途径。目前太阳能低温热水系统和太阳能光伏发电系统的应用都得到了快速发展。在一些地区，家用太阳能热水系统的经济性和能源节约效果已经显现。独立和并网光伏发电系统在技术上已经比较成熟，但由于系统发电成本较高，因此大规模应用需要依赖国家政策，但最终还要通过大幅度降低光伏系统的发电成本来实现。一种集光伏发电与太阳能低温热利用为一体的新型太阳集热器，称为光伏／光热(photo

3、．voltaic／thermalcollector，简写为PVT)集热器的概念于20世纪70年代被提出[1]，但直到近十年来PⅥ集热器的研究才越来越受到关注，主要是因为太阳电池效率和太阳集热器效率的提高使PⅥ集热器的效率得到提高，而且采用新的设计也使PvT集热器性能得到了改善。P、，1’集热器利用层压或胶粘技术将太阳电池或组件与太阳集热器有机结合在一起，当太阳电池发电时，由于入射太阳能转换为电能的比例约为15％，其余大部分能量都转换为热量，这些热量可通过水或空气回收，产生热水或热空气。PVT集热器产

4、生的热量温度一般在40～60℃，适合用于家庭热水、采暖和其它对低温热量有大量需求的公用、民用或工业领域(如工业干燥和纺织部门)。到目前为止，商业应用的PⅦ集热器只有PVrI’空气集热器，虽然PVrI’热水集热器具有更大的需求，但这种类型的集热器还没有商业化【2】。PVT集热器尚未得到广泛应用的原因一方面是由于PvT集热器在制造方面还存在一些技术问题，如电池组件与集热器之间的二次层压问题；另一方面，与单独的光伏发电系统和普通太阳集热器系统相比，PvT集热器系统在经济性和效率方面是否具有优势还需要进一步

5、研究证明。本文将对当前PVT集热器系统的研究作一简要概述，并对PⅥ集热器系统、Pv系统和太阳集热器系统的性能及经济性进行比较。1P、佃集热器简介P、呵集热器的主要部件为太阳电池和集热板，为了降低集热器的热损失，通常在电池上方安装一层或二层玻璃盖板，在背部和边缘包上一定厚度的保温层，所有部件最后用金属框架封装为一体。目前，见于报道的PⅥ集热器有平板型和聚光型。平板型PVT集热器由于结构简单、可在普通集热器的基础上加工改造，而且易于与建筑物结合，因此其研究较聚光型PvT集热器广泛。根据集热器的冷却流体不

6、同，Pvl’集热器又可分为P、，rI’液体集热器(以水为冷却流体)和PVrll空气集热器(以空气为冷却流体)。另外，按有无盖板还可分为有盖板PVrI．集热器和无盖板PVll集热器。图1为典型的PⅥ'液体集热器结构示意图，其结构由扁盒式集热器与太阳电池结合而成，图1a为无盖板Pvl’液体集热器，图lb为有盖板PvT液体集热器。图2为典型的nT空气集热器结构示意图。PvT空气集热器的冷却流道一般收稿日期：2007-06-21通讯作者：姚强(1962一)，男，博士、教授，主要从事燃烧理论、燃烧污染控制理论

7、与技术方面的研究。yaoq@tsh咖a．edu．∞万方数据194太阳能学报30卷为矩形截匠流道结构，由于空气密度低，热容比水小，为了降低电池温度，需要较大的窄气质量流率，所以PVrI’空气集热器冷却流道的截面积要比液体集热器的大。PVT液体集热器的传热性能通常比空气集热器好，因此，PvT液体集热器的效率高于PvT空气集热器。盖板对集热器的影响表现为：无盖板的吸热板a．无盖板b．有盖板图1P、，rI'液体集热器Fig．1PVTliquidcollector电池吸热板a．无盖板保温层b．有盖板图2PvT

8、空气集热器Fig．2PVTaireoUeetor保温层PvT集热器具有较高的电池效率，但流体出口温度不高；而有盖板的PvT液体集热器具有较高的热效率和流体出口温度，但盖板会降低入射光的透过率，使电池效率下降。太阳电池可选用单晶硅、多晶硅、非晶硅或其它薄膜材料，一般选用效率较高的单晶硅和多晶硅材料电池。2P、呵系统概况2．1PvT热水系统PvT热水系统的基本结构是PvT集热器和蓄水箱，辅助热源为水箱提供能量，使水箱的热水保持在负荷所需的某一最低温度。nT热水系统可分为自