瞬时性能分析：热管式太阳能PV/T热水系统

为了分析热管式太阳能PV/T热水系统全天动态特性，选取2014年7月25日（晴天）的运行数据进行分析处理，循环水流量为5L/min、集热水箱容量为120L。图2-11所示为2014年7月25日太阳辐射照度和室外空气温度全天变化情况，平均太阳辐射照度为651W/m²，平均室外空气温度为35.4℃。

图2-11 室外气象条件

图2-12所示为系统集热水箱水温随时间的变化情况，系统集热水箱初始水温为22℃，测试结束时为38℃，水箱水温升高了16℃，系统总集热量约为7.94MJ。图2-13所示为热管式太阳能PV/T热水系统热功率和热效率随时间的变化情况。从图中可以看出，随着系统的运行，系统热功率和热效率均先逐渐升高，后逐渐下降。从上午8：00到11：00左右，受太阳辐射照度逐渐升高的影响，系统热功率和热效率也都逐渐升高，分别从初始时的53W和12.5%升高到313W和32.3%。午后随着太阳辐射照度的下降，以及循环水水温的升高，热水系统热功率和热效率开始逐渐下降，到16：30测试结束时分别下降到17W和4.4%。系统全天累积集热量为5.42MJ，较水箱的集热量略小，这是由于没有考虑环境以及水泵加热的影响。

图2-12 集热水箱水温

图2-13 系统热功率和热效率

图2-14所示为热管式太阳能PV/T热水系统光伏板表面温度、电功率和电效率随时间的变化情况。从图中可以看出，随着系统运行，由于受到太阳辐射照度变化的影响，光伏板表面温度先逐渐升高，然后逐渐降低。而受光伏板表面温度变化的影响，系统电效率则是先逐渐降低，然后逐渐升高，临近测试结束时受太阳辐射照度快速下降的影响，系统电效率有一定幅度的下降。系统光伏板表面初始温度为34.8℃，在12：30左右达到最高温度61.8℃，测试结束时温度降为44.1℃。系统电效率的初始值为21.1%，12：30左右降低到最小值8.9%，随后逐渐升高，在16：12左右达到最大值18.6%，测试结束时有小幅度下降，达到16.5%。

图2-14 系统光伏板表面温度、电功率和电效率(www.xing528.com)

系统输出电功率先是小幅升高，然后缓慢下降，临近测试结束时下降速度加快，输出电功率在8：50左右达到最大值95.5W，后逐渐下降，到16：00左右下降到83.9W，此后下降速率加快，测试结束时下降到60.4W。系统全天累积输出电量为2.77MJ，即0.77kW·h。

图2-15所示为热管式太阳能PV/T热水系统光电光热总能收益和综合效率随时间的变化情况。从图中可以看出，随着系统运行，系统光电光热总能收益先从137W逐渐升高到406W，然后逐渐下降到77W。系统光电光热综合效率则整体呈现先下降后缓慢上升趋势，最高为初始值65%，最低值为43%，出现在13：00左右，此后缓慢升高，最终达到54%。

图2-15 系统光电光热总能收益和综合效率

表2-5所示为夏季热管式太阳能PV/T热水系统在循环水流量为6L/min、集热水箱水量为120L工况下的测试结果。从表中可以看出，当全天太阳总辐射量为16.658～22.264MJ/m²时，系统全天总集热量为7.425～9.026MJ，全天总输出电量为2.419～2.738MJ，即0.67～0.76kW·h，系统平均光热效率为32.9%～36.2%，平均光电效率为10.4%～14.1%，考虑电、热能量品味差别的系统光电光热综合效率则为58.9%～71.3%。2011年10月，中国科学技术大学博士符慧德也采用热管式太阳能PV/T热水系统进行了全天测试^[45]，测试结果显示在水流量为10L/min，倾角为32°，全天太阳辐射总量在13.000～21.677MJ/m²的条件下，热管式太阳能PV/T系统平均集热效率为40.9%～45.8%，平均光电效率为10.2%～11.2%，考虑电、热能力品味差别的光电光热综合效率为57.8%～62.8%。其采用的是定制光伏组件，光伏板基板为铝板，热管式太阳能PV/T集热器光伏电池覆盖率为0.57，而本章实验中热管式太阳能PV/T集热器所采用的是商业成品光伏板，光伏电池覆盖率接近0.95。

表2-5 热管式太阳能PV/T热水系统测试结果

（续）

注：H_T为集热器斜面上月平均辐射量（MJ/m²）；T_a为室外空气温度（℃）；ΔT_w为联箱进出口水温（℃）；Q_w和Q_pv分别为系统的全天总集热量和总输出电量（MJ）。