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柔性光伏/光热一体化技术开发与应用

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成果主要完成人

刘 炜、郑 睿、陈文刚、王万潮、王培磊、齐光才

项目概况

本项目基于“理论分析-仿真验证-实验探索”的研究方式,针对建筑集成聚光光伏/热系统(BI-CPV/T)这一典型对象展开研究工作,通过理论方法的创新,指导新型器件的设计测试,搭建柔性系统的仿真模型和实验设施,进行“材料-器件-系统”多层面协同的理论和实验研究,本项目将为太阳能利用过程中能量不匹配问题的解决开拓新的方向。 本项目的最终成果、相关模拟数据为光伏/热系统的热电比灵活性调控奠定了理论基础,可推广到分布式光伏系统升级改造工程中,本成果可用于指导分布式热电联供系统的设计,减少传统能源的利用,为实现双碳目标提供了有效的能源策略,应用前景广泛: 基于该原始性创新角度,本项目取得以下三方面的创新成果: (1) 理论方面:BI-CPV/T系统多能态柔性梯级利用原理 以往PV/T研究中对能量需求匹配问题缺乏认知,本研究将充分考虑用户侧的动态需求,研究BI-CPV/T多能态柔性梯级利用原理,建立柔性热电PV/T系统设计优化的理论基础。 (2) 技术方面:热电能量比例和品位柔性可调的CPV/T器件 通过光伏/光热切换及分频/叠层复合两种柔性设计方向,探索实现动态热/电比和可调温度热能输出的器件设计方法和调控理论,开发新型柔性CPV/T器件。 (3) 方法方面:光-热-电多物理场完全耦合的仿真方法 基于“追迹-数值-仿真”研究思路,建立光-热-电多场耦合仿真的稳态与非稳态模型,可深入探索多物理场能量转化机理,并为本研究提供先进可靠的计算工具。 相对比纯光伏系统的太阳能转化效率为15-20%,光伏热系统的总的太阳能转化效率可达到的50%以上。通过大幅提升系统热经济效率进一步提升光伏/热系统在热电联供应用端的竞争力。本项目成果,可以通过结构设计,以及分频液体的光学调控,打破传统光伏热系统的单一热电输出模式,改善系统的热电调节能力,提高系统灵活性,拓展系统的应用前景。本项目可实现用户侧的热/电需求在总量和比例上存在实时变化,体验感大大增强。市场应用前景广阔。 实现成果如下 (1)发明专利—一种基于双层评价模型的聚光光伏热系统运行方法 (2)实用新型专利—一种可调热电比的光伏热系统设计 (3)实用新型专利—一种吸收增强型球式光伏组件 (4)论文1—《光伏热系统冷却流道优化研究》(工程建设标准化) (5)论文2—《液体分频介质的制备及其对光伏热系统的影响分析》(东北电力大学学报)