自制冷式光伏PVT系统设计与实验研究毕业设计.docx

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1、楚雄师范学院本科生毕业论文题目：自制冷式光伏PV/T系统设计与实验研究系（院）:物理与电子科学学院专业：学号：学生姓名：指导教师：职称：论文字数：完成日期：年一月目录摘要I关键词IAbstractKeywords1 .引言11.1. 景11.2. 温度对太阳能电池性能研究现状11.3. 提高太阳能电池发电效率与制冷循环、热泵相结合性能研究12 .实验系统与工作原理2.2.1.自制冷式光伏PV/T系统设计与原理22.2.太阳能发电系统22.3.制冷循环系统32. 4.热泵系统与保温材料43. 5.测试工具44. 实验过程及测试44.1. 实验平台搭建43 .2.实验过程54 .实验数据分析与总结

2、74.1. 数据分析74.2.结论11参考文献12致谢13自制冷式光伏PV/T系统设计与实验研究摘要：自制冷式光伏PV/T系统是一种可以同时产生电力、热能的可再生能源设备，论文主要考察在系统实验平台下，研究温度对光伏模块输出特性的影响。随温度升高，光伏模块输出电压越低、短路电流增大。故利用智能温度控制器控制压缩机工作，设置固定工作温度，当光伏组件背板温度达到30时，压缩机开始工作，蒸发器吸收太阳能电池板的热量，在水箱中冷凝器放热加热水并加以存储利用；当光伏组件温度降到20C时，压缩机停止工作。蒸发器吸热使太阳能电池板降温后,光伏组件光电转换效率随着温度的降低而提升,同时热量通过热泵系统进行储存

3、利用。结果表明，自制冷式光伏PV/T系统可以有效地提升能源利用效率，并具有一定的实用价值。关键词：光伏/热系统（pv）；自冷式；储热；输出功率；温度DesignandExperimentalStudyofSelfcoolingPhotovoltaicPV/TSystemAbstract:Self-coolingphotovoltaicPV/Tsystemisakindofrenewableenergyequipmentthatcangenerateelectricityandheatenergyatthesametime.Thispapermainlyinvestigatestheinflue

4、nceoftemperatureontheoutputcharacteristicsofphotovoltaicmodulesunderthesystemexperimentplatform.Asthetemperatureincreases,theoutputvoltageofthePVmoduledecreasesandtheshort-circuitcurrentincreases.Therefore,theintelligenttemperaturecontrollerisusedtocontroltheworkofthecompressorandsetafixedworkingtem

5、perature.Whenthebackplanetemperatureofthephotovoltaicmodulereaches30,thecompressorstartstowork.Theevaporatorabsorbstheheatofthesolarpanel,andthecondenserreleasesheatinthewatertanktoheatthewaterandstoreit.Whenthephotovoltaicmoduletemperaturedropsto200C,thecompressorstopsworking.Whentheevaporatorabsor

6、bsheattocoolthesolarpanel,thephotoelectricconversionefficiencyofthephotovoltaicmoduleincreaseswiththedecreaseoftemperature,andtheheatisstoredandutilizedbytheheatpumpsystem.Theresultsshowthattheself-coolingPV/Tsystemcaneffectivelyimprovetheenergyutilizationefficiency,andhasacertainpracticalvalue.Keyw

7、ords：PhotovoltaicZthermaIsystem(PV/T);Self-coolingtype;Heatstorage;Outputpower;temperature自制冷式光伏PV/T系统设计与实验研究1 .引言1.l.背景能源是经济和社会发展的基础，能源问题影响着我们的生活。保障绿色能源，解决能源短缺问题，提高安全稳定供给，是当今一大能源发展任务。太阳能作为绿色环保能源,是我国迫切发展的能源,也是将来可再生能源的一大发展趋势。当前能源短缺、环境污染日益严重，太阳能逐步得到人们的青睐，但是光伏发电效率受到温度的影响，具有不稳定性，有效解决能源问题就应该充分利用太阳能资源12温度

8、对太阳能电池性能研究现状在太阳能研究过程中，每个国家都在不同程度上支持太阳能发展。在我国，国家十分重视太阳能的发展，让更多企业能够投入到太阳能行业中，为太阳能发展带来了更好的前景。目前太阳能电池大多使用晶体硅太阳电池，主要是由单晶硅或多晶硅构成，单晶硅的转换率达16%20%,但价格昂贵；多晶硅转换率达13%16%，投资相对小，受到大多企业青睐。硅的带隙为1.12eV,性能相对较好，但由于自身的物理特性，肖丽仙等人根据太阳能电池输出特性分析温度对太阳能电池的影响，指出温度升高，太阳能电池开路电压降低，下降率约为-2.3mVK,光伏组件温度升高，理想填充因子下降率约为-4.5X10-4k,不仅如此

9、，温度升高，短路电流增大，增加率约为1.21mAK,多晶硅实际输出转换效率减少率约-0.22%/K；孙鑫等人对光伏电池特性研究指出光伏电池短路电流随温度升高而升高,开路电压随温度升高而降低，光电转换效率随温度升高而下降；王建军在研究温度对光伏电池效率影响时提出，温度升高1,光伏电池近0.35%0.45%峰值功率损失。温度升高，太阳能电池输出特性会降低，严重的损坏破坏太阳能电池，在此方面，李志红等人提出提高太阳辐照度，降低光伏组件温度，采用冷却系统降温，保证光伏组件在低温状态下工作；何琪慧等人在研究温度对光伏组件效率影响时，总结出开路电压、短路电流和输出功率在-5摄氏度至35摄氏度与温度呈线性关

10、系。对于提高太阳能电池发电效率，张成昱等人提出在光伏组件背板中加入肋片，采用自然循环降温，以空气或水吸热降温；张晓霞等人指出在光伏组件背板上带翅片与不带翅片的冷却方式上，带翅片的温度偏低，输出特性高；杨晶晶等人提出在降温方式中光伏、光热结合系统比一般光伏电池和太阳能热水器利用率更高涧。13提高太阳能电池发电效率与制冷循环，热泵相结合性能研究太阳能电池在工作时会产生热量，因此，温度对光伏电池输出特性、效率、使用寿命等有很大影响。因此在太阳能光伏发电系统进行设计时，需要对如何控制太阳能电池板最优发电温度，提高发电效率，设计一套最优的控温降温设备”，设计自制冷式光伏PV/T系统，由于光伏组件因为太阳

11、辐射、热斑效应等各种因素产生热量，故在太阳能光伏发电系统中加装冷却热泵系统，依靠蒸发器吸收太阳能电池组件背板热量，并将太阳电池低温热量经压缩机压缩为高温热量转移到冷凝器中，并在水箱中冷凝器放出热量实现水加热，当太阳能背板温度降低时，水箱温度会升高U一方面能够降低太阳能电池板的运行温度，提高光伏组件光电转化效率；另一方面，通过冷凝器放热加热水箱水温并输出热水，实现热能的有效利用。2 .实验系统与工作原理2.1. 自制冷式光伏PV/T系统设计与原理实验主要由三部分组成，分别为太阳能光伏发电系统、制冷循环系统和热泵系统。太阳能电池组件将太阳辐射能转换为电能，经过蓄电池将电能存储起来，并为负载提供电能

12、。然而当太阳辐射能照射在组件上时，一部分能量被组件发射，另一部分被吸收，其它能量则生成了热，不仅如此，由于热斑效应同样产生热量。为了使光伏组件温度降低，使发电效率提高，结合制冷循环系统降低光伏组件温度。制冷系统采用智能温度控制器控制，设定启动温度和停止温度，在太阳能背板放入温度探头，当太阳能背板温度达到启动温度或停止温度，压缩机开始工作或停止工作。压缩机由电能驱动促进循环，利用蒸发器对光伏模块热量进行吸收，制冷剂汽化，同时通过压缩机对制冷剂压缩升温，使制冷剂在相变后进入冷凝器液化放出热量加热水箱水温,最后通过毛细管节流后,制冷剂流过蒸发器汽化吸收光伏组件热量,并循环工作。其中，在系统中添加保温

13、材料，有助于减少热量损失。图2-1自制冷式光伏PV/T系统图1.1. 能发电系统本实验太阳能发电系统装置包括太阳能光伏发电组件、控制器、蓄电池、电阻、逆变器、负载、导线。（1）太阳能光伏发电组件：吸收太阳辐射能转换为电能，是系统产生热能和输出电能的主要来源，在发电的同时充分利用光伏组件产生的热量。（尺寸：1650mm*990m11*40mm）图2-2太阳能电池板实物图（2）控制器：进行光伏组件对蓄电池的充电保护，控制对用电负载的电能输出，保护蓄电池使用寿命。（3）蓄电池：一种将光能转换成直流电并转换成化学能存储在电池中的储能设备。（采用12V80AH*2铅酸蓄电池串联使用）图2-3蓄电池实物图

14、（4）逆变器：将蓄电池发出的直流电转换成220V交流电，为负荷供电。（规格为24V/2800V）图2-4逆变器实物图（5）电阻：串并联电阻，实现分压分流，方便测量电压、电流值。（采用两个1。的水泥电阻和4个IOKQ的电阻）（6）导线：连接系统，形成回路。太阳能光伏发电原理：通过半导体光生伏特效应，利用自由电子-空穴对的扩散作用，形成电动势，实现光能向电能的转化，这就是光伏材料特有的光电效应2.3. 制冷循环系统本实验制冷循环统主要由蒸发器、压缩机、冷凝器、毛细管、铜管、智能温度控制器构成。该系统通过压缩机输入电能对制冷剂做功，在蒸发器、压缩机、冷凝器以及毛细管内循环，通过制冷剂的相变达到降低太

15、阳能电池板温度和冷凝器端热利用的目的。（1）蒸发器：实现热交换设备，在实验中蒸发器贴合太阳能电池板背面，将毛细管节流后的低温制冷剂蒸发，相变为蒸汽，吸收太阳能板热量，从而达到太阳能板降温目的。（2）压缩机：用电能带动压缩机，带动制冷循环运行。对制冷剂进行压缩升温，并将高温高压制冷剂气体排出促进循环。（实验采用规格为200W的压缩机）图2-5压缩机实物图(3)冷凝器：冷凝压缩机排出的制冷剂蒸汽，将制冷剂液化后产生的热量转移到水箱中，在经冷凝器冷凝后低温制冷剂液体进入毛细管到下一个制冷循环中。此设备采用水作为冷却工质，冷凝器放热后对水加热，实现热利用。(4)节流元件：将冷凝器端相变后的制冷剂液体降温降压，并输送进入蒸发器中。在该实验中选择毛细管作为节流元件。(5)制冷剂：经过相变传递热量的物质。实验中将太阳能板的热量吸收使液态制冷剂汽化，从而降低太阳能板的温度，在冷凝端通过气态到液态的相变，释放出热量使水加热。(系统采用的制冷剂为R134a)(6)铜管：接通各部件形成闭合回路，让R134a在其内部循环。(7)智能温度控制器：智能温度探头感应太阳能板温度传输到智能温度控制器上，从而驱动压缩机停止工作和开始工作，从而达到控制太阳能板温度，实现太阳能板降温效果。制冷循环原理:主要包括蒸发一压缩一冷凝一节流四个步骤循环工作。利用制冷剂