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PVT流體流動和傳熱的數值分析及性能評估

作者:陳講運清潔能源

近年來,已經提出了新材料和吸收器配置來提高混合光伏熱(PV-T)收集器的性能。這項工作分析了帶有滾壓吸熱器的未覆寫水基 PV-T 集熱器的流體流動和能量性能。開發了詳細的 CFD 模型,并将結果與 PV-T 制造商提供的實驗性能特征進行了比較。流體流動結果顯示壓焊微通道之間的流動分布不均勻,這導緻 PV 電池溫度較高的區域,進而導緻發電量較低。PV-T 集電極層也使用能量傳輸方程逐層模組化。該模型針對多個進水溫度和水流量運作,以獲得熱性能曲線。結果表明,對于 20-30 °C 的進水溫度,PV-T 集熱器的電效率分别比純 PV 系統高 14.5-10.3%。開發的 CFD 模型準确地再現了 PV-T 集熱器的熱性能,對于 20–60 °C 的進水溫度,最大誤差為 6.5%。是以,可以自信地使用該模型來提出替代設計,以實作 PV 層中的均勻溫度分布并提高 PV-T 集熱器的整體性能。

結論

建立了無蓋水基PV-T集熱器軋結鋁熱吸收器三維CFD模型,分析了吸收器通道間是否存在均勻的流量分布和整個PV-T集熱器的溫度分布。該模型還根據PV-T制造商提供的實驗性能進行了驗證。

流體流動分析表明,通道之間存在不均勻的流動分布,導緻PV-T收集器的溫度分布不均勻,PV-T層半收集器的CFD模型也證明了這一點。靠近集電極入口的通道和中間通道之間存在~5 ◦C的溫差。這種不均勻的溫度分布導緻最冷和最熱的集熱器表面之間的光伏電池效率降低~8%。為了避免這種不均勻性,這項工作建議修改所選通道的直徑以增加其壓降(對于相同的流速),進而使流體流速均勻化。

結果表明,對于标稱流量,當流體入口溫度為20 ◦C至70 ◦C時,熱效率從51%到3.4%不等。在相同的溫度範圍内,電效率從18.5%到15.2%不等。據估計,在低進水溫度(20-30 ◦C)下,這是正常工作條件下的典型值,其電效率比同等的純PV面闆(即沒有主動冷卻的相同PV面闆)高14.5-10.3%。是以,可以得出結論,這些PV-T集熱器比獨立的光伏電池闆産生更多的電力,以及有用的熱輸出。

模型驗證表明,所建立的CFD模型準确地再現了PV-T集熱器的熱性能,在正常工作條件下的最大誤差為6.5%(Tin=20–60◦C)。是以,可以放心地使用該模型提出替代設計,以實作PV層中的均勻溫度分布并提高PV-T集熱器的整體性能。編譯 陳講運

PVT流體流動和傳熱的數值分析及性能評估
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