基于TRNSYS的太阳能集热系统能量转化分析与优化★★★.pdf

第卷增刊工程热物理学报,
年月,

基于的太阳吞“日匕集热系统
“吞日匕量转化分析与优化

韩延民代彦军王如竹

上海交通大学制冷与低温研究所,上海

摘要建立了太阳能集热器非稳态数学模型。以工程实例为研究对象,借助于软件,分析不同集热器类型,
集热面积,水箱容积,水箱流量对太阳能集热系统性能的影响优化集热器和水箱设计参数,采用变流量水箱系统,对提
高太阳能集热系统综合性能有指导意义

关健词太阳能集热器系统模型热力性能
中图分类号文献标识码文章编号一刁

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,

前言太阳能集热系统的性能分析包含太阳能集热器

,
太阳能集热系统是将太阳能集中收集转换为热和集热系统对太阳能集热器的模拟通过建立基于
,
能并集中储存的系统,系统包括太阳能集热器,储一维或二维的数学模型研究在稳态或非稳

,,’
存装置循环管路等主要部件以及辅助能源装置态条件下平板集热器的响应特性或通过解析法
,,,
如加热补偿器和控制装置,可实现在无日照条件对太阳能集热器的绝热层盖板槽道空气夹层等
,
下的供能和能量调节。太阳能集热系统已经应用于部件建立计算模块的能量守恒方程从而求解了集
太阳能制冷,太阳能热泵,太阳能热水器,太阳能生热器内部的温度分布
态住宅,以及太阳能发电等诸多热利用技术中。本文基于传统的太阳能集热器模型,在考虑辐

,,,,
太阳能的缺点是能流密度低和供能不连续,在射散射气候风速等诸多影响因子建立更为优
,,
各种形式的太阳能利用中,光热转换的效率最高,化的太阳能集热器模型并结合软件以
,
一般大于,而光电的转换效率在、左太阳能集热系统为研究对象通过对比在上述模型
,,
右,光化学转换效率一般小于‘,如何提高太阳条件下的集热器面积集热器类型水箱容积和流
能的利用效率和降低太阳能利用设备的投资,势必量等优化太阳能集热系统的热利用效率

。
成为太阳能利用研究中的重点课题太阳能集热器太阳能集热器数学模型
作为光热转换的源头,研究和优化其性能,将在太
阳能热利用中有重要意义。典型的太阳能集热系统如图所示其中太阳

收稿日期一修订日期‘‘
若金项目上海世博科技专项资助
作者简介韩延民,男,河南扶沟人,博士研究生,主要从事太阳能利用,传热传质方面的研究
工程热物理学报卷

能集热器是能量转换的重要部件,按照集热器的形虑到风速的影响,在上述的式中做进一步改进
式,可以主要分为平板集热器和真空管集热器。两
几一’。风州一
类型器基于面盖板或空的透过程间八擎
种集热都表真管射口
以及吸收体的吸收过程在热平衡的条件下,传统的
几一一几一
用于测试和模拟的数学模型可以表示为如下形式
。几一一。
凡‘二一一一无一
几几,
这里的是自然对流换热系数是净入射

。
式中为单位集热器面积吸收的可利用热量,辐射的热损系数为平行于集热面的风速式
为集热器表面的太阳能辐射强度,为当量集热可以用来预测多种类型的集热器热平衡性能

,
面积比意义下的净入射效率与集热器的透射率太阳能集热系统集热性能分析
和吸收体的吸收率相关,分别为集热
,。以上工计阳
器吸收体表面温度相关的热损系数几为集热器海某程需要设的太能集热系统为
,
,虑工的吸机组
进出口介质的当量温度为集热器周围的大气环例考到程中单效收式制冷模块需要
,尸
境温度提供的冷量一般单效吸收式机组的
为、,热驱动温度为,集热系统要至少
减压阀提供的热量太阳能系统要求出水温度为
,回水温度为,系统供水量为
上海地区纬度,经度设计的集
热器追踪方式为单轴追踪,轴平行于集热面,地面
反射系数为,追踪面的方位角为文中以
去载负
夏季工况小时月份第一天至第五天为模拟
时段,来分析太阳能集热系统的热转换能力,匹配
图太阳能集热系统
效率较高时的系统设计参数

,集热器和水箱因决定能量转化和储存利用过程
基于式表示的稳态热平衡模型考虑到太
,中地能量利用效率而成为太阳能集热系统中的关键
阳入射角的变化影响净入射效率以及集热器本身
,,
,部件本文借助于软件建造如图的太
热容的影响定义入射角影响因子集热器热容
,
,阳能集热系统模型为优化系统性能对比了
建立更优化的集热器瞬态数学模型
集热器和平板型集热器,变流量和定流量分层水箱
一一一
几’。几等方案,并对优化方案下的设计参数进行进一步分
析
“二一二一鲁
如式的模型主要适用于太阳辐射占优,散
射份数很低的情况下,难以适用太阳入射角和室外
天气条件经常变化等自然情况为此这里需要把式
中的第一项分成两部分集中辐射强度几,其
入射角松弛因子,和散射辐射强度几,其入射
角松弛因子,,这样可以把方程进一步写成如下
形式

二尸。,‘几’。,几一一一
二一一鲁
太阳能集热器在室外工作条件下,集热器表面环境沮度工况

,
的温度高