為了在建筑光伏一體化(BIPV) 項目中最大限度地利用太陽能,基于光伏組件余熱利用,將CIGS 薄膜光伏組件與熱泵機組相結合,構建熱電聯產模式,形成CIGS-BIPV/T 系統,并對此系統在北京地區室外環境下的實際運行性能進行了實驗研究,測試了不同工況下CIGS-BIPV/T系統的運行特性,以便為光伏發電系統與熱泵機組聯合運行提供參考。


01

CIGS-BIPV/T 系統實驗平臺的構建


      CIGS-BIPV/T 系統實驗平臺的平面圖和實物圖分別如圖1、圖2 所示。該系統主要包括光伏發電系統、熱泵機組和組件檢測裝置,其中,光伏發電系統包括CIGS 薄膜光伏組件、逆變器和交流匯流箱;熱泵機組包括壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器;組件檢測裝置用來檢測CIGS 薄膜光伏組件的光電轉換效率和光熱轉換效率。






      在光伏發電系統與熱泵機組聯合運行模式下,二者既相互獨立,又相互耦合。CIGS-BIPV/T 系統的運行模式為:CIGS 薄膜光伏組件產生電能,電能經逆變器和交流匯流箱輸送至用戶;而熱泵機組以光伏組件背板余熱作為低溫熱源,將產生的高溫熱水輸送至建筑物。如此一來,在提高光伏組件光電轉換效率的同時,也可以滿足建筑物的熱水需求。


02

CIGS-BIPV/T 系統的熱電輸出特性分析


      本文對CIGS-BIPV/T 系統在北京地區室外環境下的實際運行性能進行了實驗研究,得到了不同工況下CIGS 薄膜光伏組件背板余熱被利用時該組件的輸出特性。由于太陽輻射呈明顯的間歇性波動,組件背板余熱也相應地有較大幅度地變化,因此,從節能運行的角度考慮,實驗采用變頻式熱泵機組。



      在工況Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3 種不同工況下, 測試CIGS-BIPV/T 系統將200 L 的水從15 ℃加熱至50 ℃的過程中,其組件背板溫度的變化情況。其中,工況Ⅰ時,熱泵機組的運行頻率為35 Hz;工況Ⅱ時,熱泵機組的運行頻率為60 Hz;工況Ⅲ時,熱泵機組未運行。實際測得的環境參數和運行參數如表1 所示。表中3 種工況的測試時間均為24 h,由于太陽輻射強度與環境溫度差異不大,可以忽略不計。


2.1 3 種工況下,組件背板溫度的變化情況

      CIGS 薄膜光伏組件的背板溫度是影響光電轉換效率的重要參數之一,為考察溫度參數對光伏組件光電轉換效率的影響,在每塊CIGS 薄膜光伏組件背面的不同位置各布置了1 個溫度測試點,共8 個位置不同的測試點,然后觀察一天之內這8 個測試點的溫度變化情況。測試日的最低氣溫為-2 ℃,最高氣溫為16.5 ℃;因測試時氣溫較低,為保證光伏組件背板的冷卻效果,于是將熱泵機組的冷水溫度設置為2 ℃。



      圖3 為熱泵機組未運行時,組件背板的溫度變化曲線。熱泵機組未運行時,組件背板溫度與太陽輻射強度的變化趨勢一致,由圖可知,組件背板溫度最高可達60 ℃。



      圖4 為熱泵機組運行頻率為35 Hz 時,組件背板溫度的變化曲線。由圖可知,在此運行頻率下,組件背板溫度從50 ℃迅速降至12 ℃左右。



      圖5 為熱泵機組運行頻率為60 Hz 時組件背板溫度的變化曲線。由圖可知,在此運行頻率下,組件背板溫度從30 ℃迅速降至10 ℃左右。


2.2 3 種工況下,CIGS 薄膜光伏組件的發電功率

      與光電轉換效率的變化情況圖6 為不同工況下CIGS 薄膜光伏組件( 額定功率為800 Wp) 的發電功率變化曲線。當熱泵機組未運行時,組件的發電功率變化趨勢與太陽輻射強度的波動同步。由圖可知,當熱泵機組未運行時,組件最高發電功率為585.6 W,日累計發電量為1.91 kWh;當熱泵機組在60 Hz 頻率下運行時,組件的發電功率最高可達656.3 W,日累計發電量為2.395 kWh;當熱泵機組在35Hz 頻率下運行時,組件發電功率最高為648.4 W,日累計發電量為2.35 kWh。



      圖7 為不同工況下CIGS 薄膜光伏組件的光電轉換效率變化曲線。由圖可以看出,當熱泵機組在35 Hz 頻率下運行時,組件的光電轉換效率最高可達11.38%;當熱泵機組在60 Hz 頻率下運行時,組件的光電轉換效率高可達11.24%;當熱泵機組未運行時,組件的光電轉換效率最高為10.16%。


2.3 小結

      綜上所述,光伏組件背板溫度受環境溫度的影響較大,尤其是在日平均氣溫較高時,背板溫度對組件光電轉換效率的影響更為明顯。因此,CIGS 薄膜光伏組件與熱泵機組聯合運行不僅可以獲取熱水,還可以顯著提高光伏組件的發電效率。尤其是采用變頻式熱泵機組,可以根據太陽輻射強度適時地調節其運行功率,起到節能的效果。


03

結論


      本文以北京地區為例,構建了CIGS-BIPV/T 系統實驗平臺,對CIGS-BIPV/T 系統在3 種不同工況下將200 L 水從15 ℃加熱至50 ℃過程中組件背板溫度的變化情況進行了測試,得到組件的發電功率與光電轉換效率變化曲線。實驗結果表明,背板溫度對光伏組件光電轉換效率的影響顯著,CIGS 薄膜組件與熱泵機組聯合運行不僅可以獲取熱水,還可以顯著提高組件的發電效率。


神華工程技術有限公司 ■ 徐曉明 鐘曉暉* 王立志 趙鵬飛

來源:《太陽能》雜志2019 年第12 期( 總第308 期)P54-58


2020年02月13日

《基于 STC-89C52 單片機 的光伏組件雙軸自動跟蹤裝置》《太陽能》雜志2019年4月刊發表論文摘要

上一篇

下一篇

基于CIGS 薄膜光伏組件余熱利用的CIGS-BIPV/T 系統的實驗研究-《太陽能雜志》

添加時間:

來源:太陽能網  

聯系我們



微信號:tynzz1980

電 話:18510330733


本站微信

本站微博

微博昵稱:

太陽能雜志1980


本站原創

行業新聞

企業風采

体育彩票6十1开奖查询