一种轻薄型光伏/光热集热器性能分析及实验研究

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.23026

一种轻薄型光伏/光热集热器性能分析及实验研究

陈艺鑫, 陈健斌, 李旭东, 李勇, 刁永发

东华大学环境科学与工程学院，上海市松江区 201600

Performance Analysis and Experimental Study of a Kind of Thin and Light Photovoltaic/Thermal Collector

CHEN Yixin, CHEN Jianbin, LI Xudong, LI Yong, DIAO Yongfa

College of Environmental Science and Engineering, Donghua University, Songjiang District, Shanghai 201600, China

收稿日期: 2023-06-18 修回日期: 2023-09-12

基金资助:

国家重点研发计划项目. 2018YFB0905000

Received: 2023-06-18 Revised: 2023-09-12

作者简介 About authors

陈艺鑫(1999)，女，硕士研究生，主要从事太阳能光伏光热利用等方面的研究，2212210@mail.dhu.edu.cn；

陈健斌(1999)，男，硕士研究生，主要从事太阳能光伏光热利用、电能无线传输等方面的研究，jonbinchen@mai.dhu.edu.cn；

李旭东(1998)，男，硕士研究生，主要从事太阳能光热、光伏发电等方面的研究，lxdong1998@163.com；

李勇(1969)，男，博士，教授，主要从事太阳能热利用、发电、蓄存、热驱动制冷，太阳能光伏制冷、空调、除湿系统，综合能源系统与能源互联网等方面的研究，本文通信作者，liyo@dhu.edu.cn；

刁永发(1968)，男，博士，教授，主要从事工业与民用建筑通风空调节能技术、能源高效清洁利用与节能转换技术、流动与传热过程的数值预测原理及其工程应用等方面的研究，diaoyongfa@dhu.edu.cn。

摘要

目的野外作业和户外生存对能源的需求越来越大，现有常规供能方式存在一些重要缺陷，例如常规发电机需携带大量燃油、蓄电池重量大等。太阳能光伏/光热(photovoltaic/thermal，PV/T)发电技术可有效解决户外生存和野外作业能源缺乏的问题，而现有的PV/T集热器多为刚性结构、重量大而不便于携带。方法提出一种基于铜铟镓硒薄膜电池和毛细管网相结合的轻薄型PV/T组件，通过实验的方法研究该组件的集热性能及水流量对组件光电、光热转换效率的影响。结果在典型上海气候下，该组件的全天电效率、热效率分别为13.04%、22.50%；在平均辐照度为760 W/m²的实验条件下，水流量为2.1 L/min时，此PV/T的集能性能最优；毛细管网内冷却水可有效降低电池温度(10 ℃)、提高能量利用效率(23.94%)。结论该组件具有高功率密度、轻便灵活的特点，可用于野外作业、户外生存时的能源供给，为户外能源装备的设计提供了新思路。

关键词： 光伏/光热集热器 ; 毛细管网 ; 便携式能源装备

Abstract

Objectives The demand for energy in outdoor work and survival is increasing, and there are some significant shortcomings in the existing conventional energy supply methods, such as the need to carry a large amount of fuel for conventional generators and heavy weight of cells. Solar photovoltaic/thermal (PV/T) technology can effectively solve the problem of lack of energy for outdoor survival and field work. However, most of the existing PV/T collectors are rigid structures with large weight and are not easy to carry. Methods A light and thin PV/T module based on the combination of a Cu(In,Ga)Se₂(CIGS) thin film battery and a piece of capillary network were proposed. The energy collection performance of the module and the impact of water flow rate on the photoelectric and photothermal conversion efficiency of the module were studied experimentally. Results Under the typical Shanghai climate conditions, the all-day electrical efficiency and thermal efficiency of the module are 13.04% and 22.50%, respectively. Under experimental conditions with an average irradiance of 760 ‍W/m², the optimal energy collection performance of this PV/T is achieved when the water flow rate is 2.1 ‍L/min. The cooling water in the capillary network can effectively reduce the cell temperature (by 10 ℃) and improve the energy utilization efficiency (by 23.94%). Conclusions The module has the characteristics of high power density, light weight and flexibility, and can be used for energy supply during outdoor work and survival, providing a new idea for the design of outdoor energy equipment.

Keywords： photovoltaic/thermal collectors ; capillary network ; portable energy equipment

PDF (3219KB) 元数据多维度评价相关文章导出 EndNote| Ris| Bibtex 收藏本文

本文引用格式

陈艺鑫, 陈健斌, 李旭东, 李勇, 刁永发. 一种轻薄型光伏/光热集热器性能分析及实验研究. 发电技术[J], 2024, 45(4): 666-674 DOI:10.12096/j.2096-4528.pgt.23026

CHEN Yixin, CHEN Jianbin, LI Xudong, LI Yong, DIAO Yongfa. Performance Analysis and Experimental Study of a Kind of Thin and Light Photovoltaic/Thermal Collector. Power Generation Technology[J], 2024, 45(4): 666-674 DOI:10.12096/j.2096-4528.pgt.23026

0 引言

光伏/光热(photovoltaic/thermal，PV/T)综合利用技术整合了光伏发电和光热系统的优点^[1-3]，不仅能提供热能和电能，还能提高能源转换效率，因此受到广泛关注^[4-10]。

太阳能PV/T集热器是采用胶粘或者层压的方式将光伏组件和太阳能平板集热器整合在一起的集能装备，主要由盖板、光伏电池、吸热板、集热管道、保温层和金属框架构成^[11]。PV/T集热器根据使用光伏组件的类型可分为晶硅和薄膜电池PV/T^[12]。现有的集热器多采用晶硅电池作为光伏组件，采用铜管作为集热装置^[4-7,10]，存在重量大、刚性结构不便携带运输的缺点。相比之下，柔性薄膜电池由于重量轻、易集成，具有广阔的应用前景。其中铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池具有制造成本低(约为晶硅电池的1/3)、污染小、弱光性能良好的特点^[12]，在标准光照条件下，其光电转换效率可达23%^[13]，单位装机容量的发电量最高^[14]，被认为是最具发展前景的薄膜太阳能电池之一。目前CIGS薄膜电池多被用于无人机供电模块^[15]、不规则形状的光伏屋顶^[16-17]、光伏幕墙^[18]和光伏帐篷^[19]等。将CIGS光伏电池和集热器相结合得到CIGS光伏光热利用系统，其应用目前仅有理论研究^[20-21]，尚缺乏实验研究。

为降低PV/T系统的重量，提高PV/T组件的可移动性，一方面采用更轻薄的CIGS薄膜电池，另一方面选用轻柔的毛细管网作为集热装置。毛细管网采用集分水式结构，具有换热面积大、壁薄、导热性好、换热均匀、水力损失小的特点^[22]，是一种高效的换热器，同时具有耐高温、耐高压、耐腐蚀的特点^[23]。

综上，本文将设计并制作一种基于CIGS薄膜电池和毛细管网的轻薄型PV/T组件，不仅大大降低PV/T组件的重量，而且能降低电池温度，提高组件能量利用效率。同时，搭建由此组件和光伏对比模块构成的实验台进行对比实验，研究典型上海气候下轻薄型PV/T组件的光电、光热性能以及水流量对PV/T的性能影响，并将此PV/T的性能和其他PV/T组件的性能进行对比分析。

1 轻薄型PV/T系统

1.1 系统主要组成

系统结构示意图如图1所示，该系统主要由乙烯-四氟乙烯(ETFE)薄膜、CIGS电池、不锈钢底板、集热装置和保温层构成。ETFE薄膜由于具有防水、高透光率的特点被广泛用作光伏电池的保护层。CIGS光伏电池是新型薄膜太阳能电池，具有性能稳定、抗辐射能力强、高转化效率的优点，标准工况下的测试参数如表1所示。不锈钢底板不仅作为柔性CIGS电池的衬底，而且是PV/T系统的吸热板。ETFE薄膜、CIGS电池、不锈钢底板和接线盒等构成了光伏组件，光伏组件实物图如图2所示。吸热板背部铺设了由数根平行排列的支管，支管构成的毛细管网可作为集热装置，毛细管网的示意图如图3所示。为减少热损失，在集热装置的背部铺设了厚度为20 mm的保温棉。

图1

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图1 新型轻薄型PV/T系统示意图

Fig. 1 Diagram of a new light and thin type PV/T system

表1 CIGS薄膜电池在标准测试条件下的光伏特性

Tab. 1 Photovoltaic characteristics of CIGS thin film cells in standard test condition

参数	数值
峰值功率/W	45
峰值效率/%	15
开路电压/V	14.37
短路电流/A	4.68
最大功率点电压/V	11.5
最大功率点电流/A	3.94

新窗口打开| 下载CSV

图2

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图2 铜铟镓硒薄膜电池

Fig. 2 A CIGS thin film cell

图3

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图3 毛细管网

Fig. 3 A piece of capillary network

1.2 系统工作原理

光伏组件将接收到的太阳辐射一部分转化为电能，另一部分以热能的形式储存在组件内部。电池储存的热能一部分以对流和辐射的方式散失到周围环境，另一部分以热传导的形式向下传递给毛细管网。流体在泵的作用下流入毛细管网，吸收热量后流回到储水箱，如此反复循环，从而热量被储存至保温水箱。

2 实验系统

2.1 PV/T系统和纯光伏系统

为了对轻薄型PV/T系统的性能进行测试，搭建了PV/T系统和纯光伏系统2套实验测试系统，实验系统部件如图4所示。PV/T系统主要包括PV/T组件、循环水系统、电系统和数据测试采集系统，纯光伏系统包括相同的光伏电池板、电系统和数据测试采集系统。其中，循环水系统由集热器的进出口、水泵、流量计、阀门、水箱和连接系统所用的水管构成，电系统主要由光伏电池的输出端、直流电子负载和导线构成。容积为30 L的水箱置于集热器上方，通过保温水管与集热器相连。水系统采用强制循环模式，循环水由水泵驱动。

图4

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图4 实验系统部件图

Fig. 4 Diagram of experimental system components

2.2 实验测试方案

2.2.1 光伏组件电输出参数的测量

本实验采用恒定电压法使光伏电池始终输出最大功率，即在不同光照度条件下，光伏电池的最大功率点处的电压 $V_{m a x}$ 基本保持不变，研究表明， $V_{m a x}$ 基本位于0.71 $V_{o c}$ ~0.78 $V_{o c}$ ( $V_{o c}$ 为光伏电池的开路电压)，在实际应用中通常取0.75 $V_{o c}$ ，因此将光伏电池的输出电压调至该值附近即可得到近似最大输出功率^[24]。通过直流电子负载可直接测量光伏组件的输出电压和输出电流，从而获得实时输出功率。

2.2.2 实验系统温度的测量

为分析集热器的集热性能，在集热器水路进出口各布置一个热电偶，以得到集热器的进出口水温。同时为计算实验时收集的热量，在保温水箱内布置了热电偶，以确定水箱水温。

此外，研究表明，温度对电池的输出功率有显著影响^[25-26]，因此，在PV/T系统和PV系统的光伏电池表面分别布置了3个测点。

实验系统使用K型热电偶进行环境温度、集热器内水温、水箱内水温、PV/T系统和PV系统光伏组件的温度测量。实验所用测量仪器的参数如表2所示。

表2 测量仪器种类及参数

Tab. 2 Types and parameters of measuring instruments

仪器	型号	测试范围	测量精度
太阳辐照仪	CMP10	0~4 000 W/m²	$\pm$ 0.01%
直流电子负载	ET5420A+	0~150 V，0~20 A	$\pm$ 0.05%
流量计	K24	1~40 L/min	$\pm$ 1%
热成像仪	C5	-20~400 ℃	$\pm$ 3%
热电偶	K	-30~200 ℃	$\pm$ 0.5 ℃

新窗口打开| 下载CSV

2.3 性能评价指标

2.3.1 集热器光热效率

集热器的瞬时光热效率定义为集热器的得热量和表面入射太阳辐照度之比，计算公式^[4]为

η_{t h} = \frac{Q_{t h}}{G \cdot A_{c}} = \frac{c_{p} m_{0} (T_{o} - T_{i})}{G \cdot A {}_{c}}

(1)

式中： $Q_{t h}$ 是集热器的得热量，kJ； $G$ 为太阳辐照度，W/m²； $A {}_{c}$ 为集热器的采光面积，m²； $c_{p} 、 m_{0}$ 分别为水的比热容和质量流量，kg/m³； $T_{i} 和 T_{o}$ 分别为集热器的进出口水温，℃。

集热器的全天平均光热效率^[4]为

η_{t h, a} = \frac{c_{p} M (T_{W}^{''} - T_{W}^{'})}{(\sum G \cdot Δ t) A_{c}}

(2)

式中： $M$ 为水箱内水的质量，kg； $T_{W}^{''} 和 T_{W}^{'}$ 分别为水箱水的终了温度和初始温度，℃； $Δ t$ 为数据采集间隔时间，s。

2.3.2 光伏组件电效率

集热器的瞬时电效率定义为光伏电池输出电量和电池接受太阳辐照度之比，计算公式^[4]为

η_{p v} = \frac{E_{p v}}{G A_{p v}} = \frac{U I}{G A_{p v}}

(3)

式中： $E_{p v}$ 为输出电量，W； $U 、 I$ 分别为光伏电池的输出电压和电流； $A_{p v}$ 为光伏电池的总面积，m²。

集热器的全天平均电效率为

η_{p v, a} = \frac{\sum E_{p v} \cdot Δ t}{(\sum G \cdot Δ t) A_{p v}}

(4)

2.3.3 系统总效率

由热力学第一定律可知，任何系统的能量总量保持不变，因此光伏光热系统的总能量利用效率^[25]可表示为

η_{0} = η_{p v, a} + η_{t h, a}

(5)

由热力学第二定律可知，电能是比热能更高品位的能源，为评价PV/T集热器的太阳能利用效率，引入光伏光热综合热效率的概念，将电能转化成热能，从而计算出系统的总效率^[27]：

η_{t o t a l} = η_{t h, a} + ζ \frac{η_{p v, a}}{η_{p o w e r}}

(6)

式中： $ζ = A_{p v} / A_{c}$ ； $η_{p o w e r}$ 为传统热电厂的发电效率。

3 实验及结果分析

3.1 轻薄型PV/T系统性能分析

实验测试于2022年9月在上海进行，选取2022年9月20日的实验数据进行轻薄型PV/T全天性能分析。测试期间的太阳辐照度、环境温度和风速变化如图5所示，平均环境温度为25.0 ℃，平均辐照度为718.6 W/m²，平均风速为7.1 m/s，表明是典型的晴朗多云天气。

图5

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图5 太阳辐照度、环境温度和风速变化

Fig. 5 Variation of solar irradiation，ambient temperature and wind velocity

3.1.1 光电输出特性分析

图6为轻薄型PV/T的光伏组件的电功率和电效率随时间的变化。光伏电池的输出功率、输出效率和太阳辐照度的变化一致，输出功率的变化幅度大于输出效率的变化幅度。

图6

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图6 瞬时电效率和功率变化

Fig. 6 Variation of instantaneous electrical efficiency and electrical power

全天光伏电池功率变化范围为18.90~29.64 W，电效率变化范围为6.99%~14.61%，全天总得电量为0.67 MJ，全天平均电效率为13.04%。而对于输出效率，在11:15、12:45、13:35时由于光伏组件的温升大于3 ℃，而光伏组件具有负温度功率系数特性，从而导致光伏组件的电效率下降值大于2%。

3.1.2 集热性能分析

集热器的进口、出口以及水箱内水温的变化如图7所示。

图7

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图7 集热器的进口、出口以及水箱水温变化

Fig. 7 Temperature variation of collector inlet,outlet and water tank

实验刚开始时，循环水吸收光伏组件的热量导致水温不断升高。在11:10—11:30和12:10—12:30时段，由于太阳辐照度从1 000 W/m²快速降至500 W/m²以下，光伏组件吸收的能量减少，由于低比热容的特性导致电池温度变化较快，光伏组件的温度降低10 ℃左右，导致集热装置内的循环水可吸收热量减少，循环水温仅分别升高0.06、0.2 ℃。

11:30之后，随着阳光入射角减小，太阳辐照度升高至900 W/m²左右，电池温度也迅速升高至50 ℃左右，循环水继续吸收光伏组件温度，水温不断升高。而后，随着循环水和电池温差的减小以及太阳辐照度的降低，循环水的温升速度变小，温度曲线斜率减小，水的温度在14:10左右达到最大值。随后，太阳辐照度从800 W/m²降至300 W/m²，电池温度从57 ℃降至45 ℃，管内水和集热板的温差减小，二者换热量减少，集热器内的循环水温降低，从而导致水箱内水温呈现降低的趋势。

集热器全天集热量为0.92 MJ，总热效率为22.50%，由于9月20日平均风速为7.1 m/s，导致对流热损失较大。

3.1.3 水流量对PV/T系统性能的影响

轻薄型PV/T的变流量实验于2022年9月进行，选取太阳辐照度、环境温度和风速相近的测试日的实验数据进行分析。表3列出了水流量分别为1.7、2.1、2.9 L/min工况下的实验结果，各项数据的计算样本取实验过程中参数全天瞬时测量结果的平均值。

表3 不同流量下PV/T系统的实验数据

Tab. 3 Experimental data of PV/T under different flow rates

水流量/

(L/min)

太阳辐照度/(W/m²)

环境

温度/℃

电效率/

热效率/

综合效率/%

1.7

715.1

24.6

12.70

21.48

54.91

2.1

760.0

23.1

12.56

28.88

61.93

2.9

717.6

22.8

13.29

25.60

60.57

新窗口打开| 下载CSV

由表3可知，PV/T系统的电效率随水流量的增大而增大，提升幅度较大，最高可达13.29%。这是因为随着水流量的增大，集热管内水流动由层流过渡为湍流，增强了换热效果，吸收光伏电池更多的热量，使电池的温度降低，从而提高光电转换效率。而系统的热效率随流量的增大先增大后减小，当水流量为2.1 L/min时，热效率最高达到28.88%。同时，水流量为2.1 L/min时，PV/T的光伏光热综合效率最高。

3.2 轻薄型PV/T系统和PV系统的对比分析

3.2.1 组件温度

轻薄型PV/T系统和PV系统的光伏组件温度变化如图8所示，结果表明，PV/T系统光伏组件温度比PV系统电池温度低2~10 ℃，且差值随着太阳辐照度的变化而变化。11:30—12:00，太阳辐照度达到最大值，2个结构的光伏组件的温差也达到最大值10 ℃，而后太阳辐照度降低，温差也随之减小。

图8

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图8 光伏组件的温度变化

Fig. 8 Variation of photovoltaic module temperature

由于光伏电池的比热容较小，随着太阳辐照度的升高，光伏组件的入射辐照度增加，光伏组件的温度迅速升高，PV/T系统的光伏组件在毛细管网的冷却下温度有所降低。而PV系统没有冷却装置，因此，随着太阳辐照度的增大，二者温差也随之增大。

3.2.2 输出功率

光伏组件的输出功率变化如图9所示。由于轻薄型PV/T系统和PV系统的光伏组件温度有差异(如图8所示)，导致二者的输出功率不同。这是由光伏组件的负功率温度系数特性导致的，即光伏组件的电效率随电池温度的升高而降低。因此，在11:40左右，PV/T系统和PV系统的电池温度相差10 ℃时，PV/T系统输出功率比PV系统高8 W左右。从实验开始到14:00，由于二者的温差为3~10 ℃，导致输出功率相差1~8 W；在14:00之后，由于二者温差小于3 ℃，导致二者输出功率的差值小于1 W。

图9

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图9 光伏组件的输出功率变化

Fig. 9 Variation of output power

3.2.3 能量利用率

光伏模块只有电能输出，而轻薄型PV/T集热器有电能和热能2部分输出，因此在计算系统的能量利用效率时需要综合考虑。由式(5)可计算出轻薄型PV/T系统的总效率。

轻薄型PV/T系统和PV系统的能量利用率如图10所示，可以看出，轻薄型PV/T系统的能量利用率比PV系统的能量利用率更高，二者的能量利用率差值随太阳辐照度、光伏组件温度的增加而增大，在12:00达到最大值23.94%，在14:05降低至最小值1.70%。而后太阳辐照度上升，二者的能量利用率均升高，由于此时太阳入射角较大，所以能量利用率处在较低的范围。

图10

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图10 PV/T结构和纯PV结构的能量利用率

Fig. 10 Energy utilization ratio of PV/T structures and pure PV structures

3.3 多种PV/T组件性能对比分析

为深入分析轻薄型PV/T组件的性能，收集市面现有的PV/T集热器的资料，以及研究型PV/T集热器的参数进行对比分析。

某公司3种使用不同电池PV/T集热器的瞬时热效率曲线如图11所示，3种PV/T的截距热效率相近，而非晶硅PV/T集热器的斜率最大，说明非晶硅PV/T的热损失系数大于单晶硅、多晶硅PV/T。3种PV/T的详细参数如表4所示。

图11

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图11 某公司的3种PV/T热效率对比

Fig. 11 Comparison of three PV/T thermal efficiencies of a company

表4 某公司的3种PV/T组件参数

Tab. 4 Three PV/T component parameters for a company

集热器型号

电池

种类

电效

率/%

峰值

电功率/W

面积/

m²

质量/

DYY90-PV/T

非晶硅

6.29

1.43

36.5

DYY320-PV/T

单晶硅

19.60

320

1.63

46.0

DYY250-PV/T

多晶硅

15.31

250

1.64

38.0

新窗口打开| 下载CSV

本文所研究的PV/T的瞬时热效率归一化公式为n=0.213-11.99×(T_i-T_a)/G，T_a为环境温度，截距效率比以上3种PV/T的截距效率低，而斜率和此公司非晶硅PV/T的斜率相当，说明二者的热损失系数相当。

任晓^[4]提出一种低功率温度系数、季节适应性强的非晶硅PV/T，并采用实验的方法验证了非晶硅PV/T的可行性。黄梦萧^[5]提出一种在吸热板背面焊接直肋的非晶硅太阳能PV/T空气集热器，实验结果表明：非晶硅PV/T集热器的平均热效率比晶硅PV/T集热器的平均热效率高，平均电效率比晶硅PV/T的平均电效率低，非晶硅PV/T的电效率受温度影响最小。童维维^[6]搭建了由单晶硅PV/T、PV和单独集热器构成的对比试验台，研究了单晶硅PV/T集热器的集能性能。

上述研究的PV/T与本文轻薄型PV/T的参数对比如表5所示。

表5 不同文献PV/T的参数比较

Tab. 5 Parameter comparison of PV/T in different literatures

文献	集热介质	电池种类	平均电效率/%	平均热效率/%	单位面积质量/(kg/m²)	功率密度/(W/kg)
[4]	水	非晶硅	5.58	32.80	8.65	32.71
[5] [5] [5]	空气空气空气	非晶硅	4.25	45.70	10.00	36.71
		单晶硅	13.39	37.21	16.53	24.49
		多晶硅	10.68	42.30	16.53	25.64
[6]	水	单晶硅	17.82	31.50	11.92	22.79
本文	水	CIGS	13.01	22.50	3.85	66.20

新窗口打开| 下载CSV

1）本文研究的轻薄型PV/T的电效率仅次于单晶硅PV/T的电效率，远高于非晶硅PV/T的电效率，而集热器的热效率低于其他集热器。

2）轻薄型PV/T的功率密度是其他PV/T的2~3倍，表明携带相等重量的能源装备时，使用此PV/T能获得更多的能量，从而便于户外作业、野外生存时运输携带。

3）本文研究的PV/T的单位面积质量仅为3.85 kg/m²，约为晶硅PV/T的1/3，非晶硅PV/T的1/2，而且此PV/T的厚度仅为4 cm，体现此PV/T轻量化的特点。

作为一种全新结构的PV/T集热器，该结构的设计初衷得到体现，核心功能基本实现，但此轻薄型PV/T组件的热效率较低，受环境风速影响较大。主要原因有：轻薄型PV/T集热器的尺寸相对较小，没有盖板和保温层，导致较大的对流热损失；该PV/T组件具有较高的长波发射率，导致较大的辐射热损失；毛细管网和光伏板的直接接触面积较小，从而导致二者之间热阻较大。

因此，为提高此集热器的热效率，可以通过增大集热器的面积，减小毛细管网、光伏板的接触热阻，采用矩形集热管，以及在电池层表面加装透明保温层、选择性涂层进行改进。

4 结论

1）轻薄型PV/T晴朗多云天的全天总发电量和集热量分别为0.67、0.92 MJ，全天平均电效率、热效率分别为13.04%、22.5%，瞬时电功率和电效率分别在18.9~29.64 W、6.99%~14%变化。

2）流量是影响轻薄型PV/T组件光电/光热转换性能的重要因素。在平均辐照度为760 W/m²的实验条件下，水流量2.1 L/min时轻薄型PV/T组件的集能性能最优，此时电效率为12.56%，热效率为28.88%，综合效率可达61.93%。

3）毛细管网水冷通道结构可有效降低光伏组件温度，提高系统电效率、总能量利用效率。PV/T系统的光伏组件温度比纯光伏系统低2~10 ℃，而输出功率的差值可达18%，能量利用效率可提高1.70%~23.94%。

4）与其他PV/T组件相比，所研究的PV/T具有结构简单、轻薄高柔、高功率密度的优点，可广泛用于野外作业和户外生存。此PV/T组件的功率密度是晶硅PV/T的2~3倍，单位面积质量约为晶硅PV/T的20%。

5）作为全新结构的PV/T集热器，该集热器存在集热效率低、受环境因素影响较大的缺点，可通过增大面积，减小毛细管网和光伏板的热阻，在表面加装保温层和选择性涂层等改进。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

李英峰，张涛，张衡，等．

太阳能光伏光热高效综合利用技术

[J]．发电技术，2022，43(3)：373-391． doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.22052