新型光伏光热蓄能热泵空调系统的理论和实验研究

The heat pump air-conditioning system with energy storage can be driven by photovoltaic-thermal conversion energy for providing cooling, heating and hot water in buildings, which can save electric energy of current smart grid. The novel photovoltaic-thermal heat pump air-conditioning system is presented, and performances of this system at different working modes are investigated. The composition and thermal physical properties of thermal energy storage material are analyzed according to thermodynamics theory and thermal physical properties data. The photovoltaic-thermal energy storage device is developed in the light of photovoltaic-thermal conversion and heat transfer theory, and its performances are studied experimentally. The optimal scheme of this system is confirmed by simulation method. The photovoltaic-thermal heat pump air-conditioning test system is set up, and integrated performances of this system are investigated in order to optimize the photovoltaic-thermal heat pump air-conditioning system. The photovoltaic-thermal heat pump air-conditioning system can integrate photovoltaic cells, thermal energy storage and heat pump air-conditioning. This system can provide cooling in summer, heating in winter and hot water in all year. It fully utilizes solar energy, save electric energy and run cost, and protect entironment.

该系统通过充分利用太阳能的光伏和光热能量来驱动热泵空调系统为建筑物供冷、供暖和供热水，节约现有电网的电能。提出新型光伏光热蓄能热泵空调循环系统，研究该系统在各种工况下的性能。依据热力学理论和热物性数据，对该系统中的蓄能材料的构成和热物理性能进行研究；根据光伏、光热转换理论和传热学理论研究光伏光热蓄能器，并对其性能开展实验研究；采用理论模拟确定该光伏光热蓄能热泵空调系统的最佳匹配方案，建立光伏光热蓄能热泵空调系统实验装置，通过实验研究光伏光热蓄能器和热泵空调循环系统的藕合性能，为最终优化匹配光伏光热蓄能热泵空调系统提供理论依据。该系统将光伏光热太阳电池、相变蓄能和热泵空调技术结合起来，能做到夏季供冷、冬季供热、全年供热水，能够全年运行，充分利用了太阳能资源，节约了电能和运行费用、保护了生态环境。

该系统通过充分利用太阳能的光伏和光热能量来驱动热泵空调系统为建筑物供冷、供暖和供热水，节约现有电网的电能。研究了新型光伏光热蓄能热泵空调循环系统在各种工况下的性能，分析了不同结构的光伏光热蓄能热泵系统的动态性能，依据光伏转换和光热转换理论，研究了该系统的光伏转换和光热转换性能，优化了光伏、光热转换系统的匹配。依据热力学理论和热物性数据，对该系统中的蓄能材料的构成和热物理性能进行了研究,合成了相变温度适宜的复合相变蓄能材料，分析了复合蓄能材料的热物理性能。研究了光伏光热蓄能器性能，获得了光伏光热蓄能器性能参数的变化规律，分析了工作温度对光伏光热蓄能器性能的影响，研究了复合相变蓄能材料在光伏光热蓄能器中的蓄能动态特性和能量输出特性。建立了光伏光热蓄能热泵空调系统实验装置，通过理论和实验研究了光伏光热蓄能器和热泵空调循环系统的动态性能，为优化匹配光伏光热蓄能热泵空调系统提供了理论依据。通过上述研究获得了该系统在不同工况下的动态性能和能源利用效率，使该系统的光伏转换效率比常规光伏系统提高15%以上，太阳能总利用效率达到80%以上；获得了光伏光热蓄能器光伏、光热转换特性和相变换热特性；制备了相变温度适宜、相变潜热大于180 kJ/kg，导热系数大于0.5W/m.℃的复合相变蓄能材料。该系统将光伏光热太阳电池、相变蓄能和热泵空调技术结合起来，能做到夏季供冷、冬季供热、全年供热水，能够全年运行，充分利用了太阳能资源，节约了电能和运行费用、保护了生态环境。