模拟值与实验值的对比分析

利用搭建的热管式太阳能PV/T热泵实验装置对建立的模型在供热模式下进行了验证。采用了2015年8月12日的实验数据进行对比。在这一天中平均太阳辐射照度为656W/m²，初始室外空气温度为30.5℃，室外空气的平均温度为37℃，水箱的初始水温为24.8℃，蒸发侧循环水流量和冷凝侧循环水流量都是6L/min，冷凝器入口水温为40℃。数据采集工作从8：30开始到16：30结束，数据采集时间间隔为10min。图4-8所示是当天的室外气象条件，按照上述气象条件和初始条件对程序进行设定，时间步长按照数据采集间隔取值，运行程序后得到如下结果。

图4-8 测试当日气象条件

图4-9所示是热管式太阳能PV/T集热器的热功率、热效率和水箱温度模拟值和实验值的全天变化情况的对比。图例中sim代表模拟值，exp代表实验值，以下皆采用模拟值进行分析。从图4-9中可以看出，热功率先逐渐上升，到12：30左右达到峰值380.6W，随后逐渐下降，热功率的日平均值为291.4W。热功率主要受太阳辐射照度的影响，与太阳辐射照度的变化规律类似。热效率先逐渐上升，中午时刻相对趋于稳定，14：30之后又呈现明显的上升趋势，热效率为17.0%～61.3%，平均值为35.4%。热效率在14：30之后显著上升的主要原因是，下午太阳辐射照度迅速下降，而周围环境的空气温度较高，在38℃左右（图4-8），使光伏板的温度保持在40℃以上（图4-10），再加上水箱中循环水的温度较低（图4-9），使系统热功率下降的幅度小于太阳辐射照度下降的幅度，从而导致热效率上升。另外，由于太阳能集热量少，不能完全满足需求，热泵系统还从循环水中获取部分热量，导致循环水水温逐渐下降，传热温差增加，由此进一步导致热效率的增加。热功率模拟值与实验值的误差为-10.4%～6.9%，热效率模拟值与实验值的误差为-9.0%～2.9%，水箱中循环水水温模拟值与实验值的误差为-5.5%～0%，模拟值与实验值吻合较好。

图4-9 热功率、热效率和水箱水温的模拟值与实验值的对比

图4-10所示为热管式太阳能PV/T集热器的电功率、电效率和光伏板温度模拟值和实验值的全天变化情况。从图中可以看出，随着时间的推移，电功率逐渐增加，至9：30左右时电功率达到相对稳定值，在15：30之后电功率逐渐下降，全天电功率为57.81～99.2W，平均值为88.5W；电效率先逐渐下降，在12：30左右电效率达到最小值8.8%，随后逐渐上升，全天电效率平均值为11.0%；光伏板温度呈现先上升后下降的趋势，电功率在9：30-15：30波动较小，主要是因为该时间段内辐射照度增加的幅度与电效率下降的幅度接近，导致输出电功率变化较小。另外，光伏板温度和电效率出现相反变化趋势的原因是，光伏板的温度随太阳辐射照度的增强而上升，光伏板的内阻随之增大，使光伏板的光电转换效率降低，从而使系统的电效率下降，反之，系统的电效率随太阳辐射照度的减弱而增加。电功率模拟值与实验值的误差为-8.0%～11.45%，电效率模拟值与实验值的误差为-14.9%～15%，光伏板温度模拟值与实验值的误差为-8.8%～7.7%，模拟值与实验值吻合较好。(www.xing528.com)

图4-10 电功率、电效率和光伏板温度的变化趋势

图4-11所示是热泵系统主要性能参数（冷凝换热量、压缩机功率、COP）模拟值和实验值的全天变化情况。从图中可以看出，系统的冷凝换热量、压缩机功率和COP都呈现下降的趋势，冷凝换热量下降的幅度大于压缩机功率和COP下降的幅度。系统的冷凝换热量和压缩机功率的日平均值分别为1152.9W和416.7W，系统COP的最大值为2.9，最小值为2.68，平均值为2.77。系统中由于太阳能集热量小，不能满足热泵系统需求，系统从蒸发器侧循环水中获取部分热量，导致水温逐渐降低，蒸发温度也逐渐降低，根据压缩机的性能曲线可知，压缩机的功率随着蒸发温度的下降而下降。由于冷凝换热量比压缩机功率下降幅度更大，所以COP也呈下降趋势，但幅度较小。系统冷凝换热量模拟值与实验值的误差为-7.8%～-3.8%，压缩机功率模拟值与实验值的误差为-12.3%～-5.9%，COP模拟值与实验值的误差为1.6%～8.6%，模拟值与实验值吻合较好。

图4-11 冷凝换热量、压缩机功率和COP的变化趋势