水冷型PV/T系统的设计优化

水冷型PV/T系统是指在光伏板的背面安装蛇形水流通道或者其他的水流通道，利用水流降低光伏板的温度，并将热量加以利用，参考文献[11-26]对这种结构进行了研究，其中：

荆树春、朱群志等^[11]建立了一种铝方管结构的PV/T一体化系统，搭建了该系统的实验装置并建立了数学模型。通过实验测试和仿真模拟研究了太阳辐射照度、铝方管结构中的水流量和环境温度对该系统的影响。该系统热效率可以达到50%，热水的温度可以达到39℃；对光伏板的热量加以利用的同时，降低了光伏板的温度，提高其发电的效率，并且大幅度降低了PV/T系统的自重。

穆志君、关欣等^[12]搭建了PV/T系统电热性能实验台。该实验是一个对比实验，实验装置是在光伏板的背面加装了流道集热器；对比装置则未在光伏板的背面加装集热器。该实验研究了PV/T系统的电效率和系统循环水温度的关系。实验结果表明加装流道集热装置的PV/T系统的电效率相比未加装集热装置的系统可以提高7%左右。同时该研究还提出了在下午太阳辐射照度减弱，但是光伏板温度却升高的时候，如何保证PV/T系统的电效率保持在较高水平的方法。

穆丽娟、朱群志等^[13]建立了非晶硅结构PV/T系统的实验装置，在该装置非晶硅电池的正面安装了玻璃盖板；同时，在非晶硅电池的背面安装了吸热板和水管。该研究建立了上述实验装置的数学模型。利用热力学第一定律和热力学第二定律对该数学模型进行了分析，首先他们分析了PV/T系统的结构对其性能的影响；然后研究了太阳辐射照度、环境风速和工质流量对系统的㶲效率和能量效率的影响。该研究结果表明，非晶硅电池板紧贴集热器结构的效果比电池板作为盖板的效果好；加装玻璃盖板可以大幅度提高系统的性能；并且太阳辐射照度、环境风速和工质流量会对系统产生较大的影响。

崔文智、于松强等^[14]将太阳能集热器和光伏电池组合在一起建立了聚光PV/T系统，该系统是将蛇形槽道装在光伏板的背面，利用蛇形槽道中的水流集热。该研究建立上述实验装置的三维稳态模型，然后模拟了系统的传热过程以及流体流动过程。分析了系统性能随着冷却流体质量流量、聚光比、是否加装玻璃盖板以及环境风速的变化的规律。研究表明加装玻璃盖板可以大幅度提高热效率；冷却流体的质量流量对系统的性能影响较小；聚光方法可以显著提高系统性能并降低成本。环境风速和玻璃盖板均会对系统的热效率产生较大的影响，而对电效率影响很小。

Ruobing Liang、Jili Zhang^[15]等建立了一种水冷平板PV/T结构，他们在光伏板的背面用高导热的粘附层将盘管粘附在光伏组件的背面，盘管中流过冷却水，然后用绝热材料进行填充。该研究分析了太阳辐射照度对系统中的光伏板温度、冷却水出口水温、水箱中水的温度以及系统的热效率和电效率的影响。结果表明高导热性能的粘附层可以显著地降低光伏板的基板温度，提高系统的热效率和电效率。

T.T.Chow^[16]基于控制容积有限元法建立了单层玻璃平板水冷型PV/T集热器的动态数学模型，他认为之前其他学者建立的准稳态的数学模型不能准确预测PV/T集热器工作温度的变化、系统中的热量传递过程和流体的流动特性。通过动态数学模型详细地分析了集热器中不同部件之间的能量传递过程，并得到了系统的瞬时特性。研究表明，该动态模型可以准确地预测系统的动态特性，包括瞬时热功率、瞬时电功率和不同组件的瞬时热性能。(www.xing528.com)

季杰、陆剑平等^[17]将单晶硅光伏电池与全铝扁盒式太阳能热水器集热板通过特殊工艺粘结起来，制成了一套自然循环式光电/光热（PV/T）一体化系统，在利用太阳能发电的同时提供热水。于2004年7～10月在合肥地区进行了室外实验，测试并讨论了该系统以不同水量和不同初始水温运行时的光电光热性能。结果表明，当m/A_c＞80kg/m²时，这种PV/T热水系统的发电效率在10.15%左右，热效率在50%左右，光电光热总效率可以达到60%左右，光电光热综合性能效率可以达到70%左右。相对于单纯的光伏系统或自然循环式太阳能热水系统，这种PV/T热水系统具有占地面积小、综合效率高等优点。

刘仙萍、饶政华等^[18]建立了太阳能光伏/光热（PV/T）复合集热器的光电与光热耦合能量转换的数值模型，利用TRNSYS软件模拟PV/T集热器的光电、光热转换性能，分析结构参数和运行参数对PV/T集热器的能量转换性能的影响。结果表明，减小集热板排管的管间距与管径的比值有利于提高光热与光电转换性能；冷却流体的入口温度对PV/T集热器的性能影响显著，较低的入口流体温度有利于保持更高的光热和光电转换效率。增加冷却流体的入口质量通量可提高光热和光电效率；当入口质量通量增加至6.9g/（s·m²）时，PV/T集热器的热、电效率分别为66.2%和10.8%，进一步增加入口质量通量对提高光热、光电效率的作用不大。

李光明、刘祖明等^[19]为提高PV/T系统太阳能利用率，同时获得可利用的热水和电力，将铝合金背板型单晶硅光伏组件和自行设计制作的不锈钢扁盒式集热板相结合，用导热硅胶加以粘接制成新型光伏/光热（PV/T）一体化复合系统，该系统实现了光伏组件与集热板之间良好的粘接性、绝缘性和热传导，并在昆明地区对系统进行测试，分析了系统在不同水箱水容量及不同天气工况下运行的光电光热性能。结果表明，系统在75kg水箱水容量晴天工况下运行效率更高，系统的平均电效率、热效率、综合效率及综合性能效率分别在14%、37%、51%、70.72%左右，与系统在50kg水箱水容量晴天或75kg水箱水容量多云工况下运行相比，综合性能效率约提高了11.86%或2.09%。与独立的光热或光伏系统相比，具有占地面积小、太阳能利用率高、更经济等优势。

魏潇^[20]对两种不同形式蛇管型集热器进行数值模拟，得出了以下结论：①可通过多次水循环来实现在出口处得到较高水温的热水；②竖向弯管式PV/T电池片温度比横向弯管式低，有助于提高电池片的光伏发电效率；③在入口速度相同的情况下，竖向弯管式比横向弯管式PV/T系统的出口速度大，竖向弯管式PV/T系统的流动阻力较小；④与横向弯管式PV/T系统相比，选用竖向弯管式可以减小驱动水泵的功率；⑤选用竖向弯管式，可以减少铜管长度，节省原料。总体来说竖向式的蛇管型集热器设计更为科学合理。

吴婷^[21]对水冷型PV/T系统进行了深入的研究。首先指出了水冷型PV/T系统存在的一些问题。然后建立了换热管内换热流体流动的数学模型，分析了影响换热管流体流量分布的主要因素，并对吸热体的最佳长度比进行了研究。最后建立了水冷型PV/T系统围护结构的传热模型，对围护结构的传热过程进行了详细的分析。