复合太阳能光伏热水/供冷/供暖系统的综合性能分析与优化

本项目针对半导体制冷片效率偏低和实际应用中出现的冷却、绝缘等问题，从能源多功能利用、高效利用和系统控制优化的角度出发，设计了高效复合太阳能光伏热水/供冷/供暖系统，主要研究系统结构优化以及运行策略优化。其中有小高差，短管束式小角度倾斜蒸发端和冷凝端的新型分离式热管的性能分析；整体式重力热管冷却复合太阳能光伏热水遮阳板的电力输出和传热性能优化；室内房间温度、流场分布对半导体制冷、供暖系统效率的影响；光伏控制策略对系统供冷、供暖系统效率的影响；系统评价方法和优化分析。高效复合太阳能光伏热水/供冷/供暖系统利用投射于建筑表面的太阳能，结构简单，可以实现与建筑房间的一一对应关系，便于安装和独立操作。在基本没有运动部件的情况下，预计可以降低室内空调和采暖负荷50%以上的同时以30%以上的集热效率提供热水，进一步提高太阳能在建筑能耗中的贡献率。

本项目主要对高效建筑复合太阳能半导体热水供冷/采暖系统进行了理论分析和实验测试。系统中的热管式PV/T系统一方面为热电制冷提供电能，另一方面提供热量加热生活热水。热电片通电后因珀尔贴效应会冷端吸热而热端放热。系统在夏季工作时，热电片冷端吸收房间内的热量，起制冷作用，而热端放出热量与PV/T一同加热生活热水。冬季时，热电片通电后冷端吸收PV/T系统提供的热量，热端对房间放热，起采暖作用。.首先建立了热管式PV/T系统光电，光热模型，热电片冷端制冷和热端放热模型，保温水箱的集热模型。本系统的主要研究对象为PV/T系统的光电效率，热电片冷端，热端温度，保温水箱温度。通过对整体系统结构的理论模拟计算和实验测试对比分析，系统的主要测试对象数据吻合。实验测试结果显示，在夏季制冷，制热水模式下，热管式PV/T系统的光电效率为15.4%，热电片的平均制冷系数（COP）为0.45，系统热效率的29.4%。在冬季采暖模式下，PV/T的光电效率为16.7%，热电片的平均制热系数为1.7，系统的热效率为23.4%。本文还对系统的夏冬季的总体能量效率和㶲效率进行了对比分析，分析结果表明，系统在夏季时的总体能量效率比冬季要高，但夏季的㶲效率比冬季低，主要原因是冬季的环境温度(9°C) 比夏季(29°C)要低，所以冬季的电效率和热㶲效率比夏季要高。