刘海波 袁五辉 窦洪康
武汉爱疆科技有限公司 430000
摘要：经相关研究发现，低倍聚光光伏/光热(LCPV/T)综合利用技术科学利用，不仅能够提升供热系统热水的质量，而且能够程度提升经济效益。本文研究过程中，主要对于一种新型的低倍聚光光伏/光热组件开展分析，并且通过实验，能够准确得出相应各参数之间的变化规律。经过相关研究数据发现，LCPV/T性能评价理论数值与实践存在一定的差异性，在流量为100 L/h时，LCPV/T系统总效率最高值约为70%%，且LCPV/T系统的最大热效率可达60%，电效率17%，热功率1 916 W，电功率470 W。
关键词：低倍聚光光伏 光热系统热性能 探析
一、引言
提出光伏/光热(PV/T)系统以在长期发展过程中，一些先进的科学研究者，通过不断的实践，对于相关数据信息进行深入的分析。如2010年Kostic团队，对于带有平板反射器的PV/T系统，开展了深入分析，并在此过程中发现不带反射器和带反射器的PV/T系统节能效率分别为60.1%和46.7%，电效率分别为5.1%和3.7%，热效率分别为46.8%和37.0%。2013年李光明研究团队，通过研究设计了一套金属背板型光伏组件与扁盒式集热器相粘连的新型PV/T系统，并且在实际运用过程中，得到了认可。Carlo Renno团队，根据相关研究数据，建立了高倍聚光光伏/光热冷热电联供系统的数学模型，发现同聚光比时抛物面型聚光比线性菲涅尔可多获得约10%的电能。陈波等对用定型相变材料填充且换热管采用“回”型布置的管板式PV/T系统进行了冷却效果的实验研究。敬登伟等采用自制纳米流体(二氧化硅/水)作为聚光PV/T系统的冷却工质，对不同聚光比下的系统性能进行了理论研究，发现纳米流体冷却型PV/T系统性能高于水冷型。2016年Hasila Jarimi等提出了一种双流体冷却的PV/T系统模型，借助太阳模拟器分别在水冷模式、空冷模式和混合冷却模式下对模型进行了实验验证。Cameron Stanley等设计了一种基于光谱分段利用技术的聚光PV/T系统，采用选择性吸收流体丙二醇与滤光片相结合的方法实现对光谱的分波段利用，并进行了性能测试。相较于普通光伏系统，低倍聚光光伏系统具有较好的经济性;相较于非聚光PV/T系统，低倍聚光光伏/光热(LCPV/T)系统的出口水温更高(45~70℃)，可以满足生活热水及分布式采暖需求。
本文主要在普通PV/T集热器的基础上，对于当前一种新型1/4切片形式的双面发电N型低倍聚光晶硅电池，进行科学分析，具体涉及到搭建双轴跟踪实验台在不同辐照强度、流量条件下分析系统的热电性能等问题。以期，本次研究过程中所得数据，可以为LCPV/T系统的优化设计提供更为科学的参考依据。
二、LCPV/T系统
1.LCPV/T双轴实验系统
该设计过程中，LCPV/T双轴实验系统。该系统入口水箱中的水经过泵、流量计、电动调节阀后进入LCPV/T组件，最终到达出口水箱。LCPV/T组件产生的电能经过最大功率点跟踪太阳能控制器(MPPT)到达蓄电池和负载。该次研究过程中，实验中气象相关数据由太阳能气象站提供，所有信号采集数据通过研华数据采集系统获得。
2.新型LCPV/T组件
该设计过程中，新型LCPV/T组件主要包括复合抛物面聚合器、1/4切片形式的离子注入N型单晶硅电池、新型折流式换热流道以及相应的保温材料等。其中CPC聚光器聚光比为4，反光镜高度仅为543mm，并且两侧增加了光线补偿镜，这样则大大提升了系统的工作效率。单晶硅电池组式采用40片78mm*78mm的双玻璃面发电电池片串联而成，单晶电池上面表面用胶膜覆盖，以提升整体聚热效果，并且具有良好的保护作用，从而有效延长了整体组件的使用寿命。同时，电池组件与扁盒式换热流道通过EVA承压在一起，并且在四周包覆相应的保温材料，这样能够最大程度降低热量的损耗。
该组件折流式换热道工作过程中，冷却工质会由中间口入流道，到达末端后由两侧口流出。这种设计的优势在于，这种方式能够让换热过程更为充分，从而可以保证温度的均衡，并且能够降低工质流动方向的热应力。同时，在实际设计过程中，LCPV/T组件折流式换热流道一般多会长于电池组件，这样出入口温差所引发的热应力对于电池组件产生的影响，也会相应变小。
三、LCPV/T系统热电性能
该次研究过程中，对于LCPV/T系统热电性能进行了全方位的测试，并且结合相关实验数据，进行了深层次探究。
具体研究过程中，所选取的环境参数为上午10：00-16：00，每隔30分钟取一次参数测试值。通过相关数据发现，太阳辐射强度随着时间的变化会呈现先增大然后减少的趋势，一般在正午12：00会达到最大值，约为960W/m2，下午16:00最小值约280W/m2，全天辐射强度大于800W/m2的时间约为4-5小时。同时研究发现，环境风速与时间关联性不大，全天环境风速一般在1m/s-2m/s范围波动；环境温度也会根据时间的变化呈现先升高后减低趋势，在上午9：00环境温度最低可达到300k，一般在下午15：00左右约达到310k，同时，环境参数随着时间的变化但对于进口水温和出口水温也会产生不同程度的影响。
此外，经本次研究发现，该工况下进口水温会随着时间的变化，呈现先升高然后减低的趋势。进口处的水温在下午15：00可以达到最大值，约310k，在上午9：00左右进水口最低温度约为300k。进水口处的温度随时间的变化趋势，与环境温度的变化趋势基本相似，并且随着温度的不断升高，两者之间的差异性也会相应的增加。同时，出水口温的理论数值与实验数值的变化规律大致相似，都是随着时间的变化呈现先升高然后降低的趋势，究其原因是辐射的强度改变能够让组件的热量发生变化，以此改变工质的温升。
四、结语
本次研究发现，低倍聚光光伏/光热(LCPV/T)综合利用技术科学利用，不仅能够提升供热系统热水的质量，而且能够程度提升经济效益。但是，这其中仍然存在一些问题：首先，本次设计过程中，采用双轴追踪的LCPV/T系统最大的热效率约为60%，电效率约为17%，热功率约为1910W，电功率约为470W，由此可知相应的经济指标与理论数值存在较大的差异。其次，热效率最高值与电效率最高值，并不是发生在辐照强度最高时刻，同时，温度对于电效率的影响也相对较大，因此，需要研究过程中进行深层次分析。
参考文献：
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