太阳能电热联用系统设计

摘要

随着经济发展的快速增长和经济扩张地推动,社会需要更多的电力。再加上人们开始认识到不可持续能源的生产与使用会对我们的生活产生不利影响,因此开发利用新能源是当今社会发展的必然趋势。而太阳能是自然界中最多产的能量捕获方法,是一种集众多优点于一身的可再生能源,可以为人类提供取之不尽的能源,有很大的开发价值。光伏发电是太阳能利用的主要形式之一,但是光伏电池只能将所采集的少量太阳辐射光转变为电能,而大量的辐射光会以热量的形式存在光伏电池中或散失掉,这种余热会提升光伏电池的工作温度,降低其转换效率。因此提高发电效率、将光伏电池产生的多余热量回收利用是目前需要解决的重点问题。为解决上述问题,本文在查阅文献、了解国内外研究情况的基础上,分析聚光器、光伏电池、温差电池的工作原理,设计了聚光式太阳能光伏/温差电热联产系统。

简单来说,其工作机理主要是采用聚光器+光伏电池+温差电池组合的形式进行发电与产热。系统主要由聚光、发电及集热三个部分组成,其中聚光部分利用抛物型槽式聚光器汇聚太阳光;发电部分利用光伏电池和温差电池进行联合发电;集热部分包括传热元件与储热箱,本设计选择热管作为传热元件。系统的工作过程为:首先,将温差电池热端固定在光伏电池背板上,光伏电池将反射到其表面的太阳光一部分直接转变为电量,剩余部分转变为热量,同时使光伏电池表面温度升高,进而提升温差电池热端温度;其次,将温差电池冷端固定在热管表面,利用冷却水对流,使温差电池冷热端产生温差,进行二次发电;最终,将发电过程产生的余热由热管内循环的冷却水传递到储热箱中储存。

关键词　电热联用聚光型集热器太阳能

　第一章绪论

1.1选题的背景和意义

能源，是指能够提供能量的资源。过去人们的生活与能源并不相关，自两次石油危机以来，能源自然而然的成了世界上不可或缺的资源，也顺理成章的成了人们维系生存的必需品，我们生活中的每件小事都与能源息息相关，以原油为例，炼油产品主要包括汽油、柴油、石油焦、沥青等，用在乘用车、商用卡车、飞机、石化等，我们用的化妆品、塑料杯、穿的化纤甚至吃的药，都是来自石油。随着人们大量地在世界范围内开采各种能源，石油、煤炭等资源看似取之不尽，实际上根据公众较为认可的能源预测，石油资源只要40年便会枯竭，天然气资源也只消60年就能用完，我们熟知的煤炭资源也将在220年后与我们说再见。为了地球的可持续发展，如何获取可再生的新能源成了人们迫在眉睫的首要任务

传统能源指的是煤炭、石油等不可再生的化石燃料，随着科技的发展和传统能源的开采消耗，以自然能量（如太阳能、风能）、生物能量（如生物质能）、核能（如核聚变、核裂变）为代表的新能源逐渐成为未来能源开发的主要方向。新能源最大的特点是具有可再生性，且根据研究表明，世界上大部分国家都拥有能够满足本国开采需求的大量新能源，之前能源稀缺的国家主要依靠进口，经济的压力与能源供给的不稳定性也会引发社会的动荡，而如今能源稀缺的地区也能利用太阳能、风能等，可以极大的解决能源不均的问题，从而推动世界的和谐发展；另外，与化石燃料不同，使用新能源并不会带来环境污染的问题，是真正可持续发展的资源。能源的紧缺与环境的恶化，促使人类加快了对新能源的研究。

以新能源中目前转化技术最成熟的太阳能为例，它指的是太阳通过太阳光来传播的自身热辐射能量，是如今人们发现的最大的一种新能源。太阳光覆盖全球，突破了地域的限制，无论南半球还是北半球，都能直接开发利用，还无需开采或运输；“通过太阳光线传播”使得太阳能实现了无污染运输，由于对全球变暖几乎没有副作用，他也成为了《巴黎气候协定》的要求下几乎最清洁的一种能源；而“以太阳为能量源”使得太阳能在未来太阳存在的百亿年内都不会枯竭，和地球大约几十亿年的预期寿命相比，太阳能几乎达到了永续利用的要求。那么，如何利用太阳能呢？目前来看，想要高效利用太阳能，一些技术方面的问题还亟待解决。第一，太阳能具有分散性。虽然在地球公转过程中，全球始终有一半区域接受太阳光辐射，但是单位面积内太阳的辐射能力较弱，并且由于地球公转的特殊性，每个地区不同季节接收到的能量密度都是不同的。因此，太阳能转化设备需要保证较小的转化损耗率，这对太阳光线收集和转换设备就有较大的要求，较为困难。第二，太阳能具有不稳定性。众所周知，季节、昼夜、纬度以及阴晴不定的天气都会对太阳能的利用造成影响，这使得太阳能转化的稳定性难以得到保障，如果将收集到的太阳能存储并转化也是需要攻克的难点之一。第三，效率低和成本高。目前市面上的太阳能装置总的来说还是转化率不够高且成本较大，还是不能和以往的能源相较。第四，太阳能板的污染。虽然太阳能没有污染性，可是收集太阳能的太阳能电池板是有一定寿命的太阳能电池板目前的寿命基本不超过五年，且废弃之后难以被自然界消耗分解，仍然有造成环境污染的风险。种种原因表明，太阳能的研究还有很长的路要走。目前市场中主要的太阳能电池板主要是结晶硅，这种材质的电池板只能将不到百分之二十的太阳辐射能转化为电能，剩下的近 62～72％的太阳能将转化为热能。热能的产生会提高电池板温度，最高能到30℃ 以上。温度的升高太阳电池板的吸收能力就会下降，进一步导致电池的短路，而电池的短路又会使得太阳能的转化率进一步降低，就这样一步步恶性循环。因此，为了让电池板在较低温度的环境中稳定运行，不造成短路及转化率的下降，大量科学家在电热联用纷纷投入研究。

PV/T技术（太阳能电热联用技术）指的是太阳能电池板和配套平板集热器的结合技术。在太阳能电板工作时，平板集热器中的冷却液能够减少电池板多余能量，从而有效降低电池所处环境问题，自然地就可以进一步提高整个系统的光电转换效率。而且由冷却液带走的多余能量还能够辅助建筑的供暖以及生活热水供应，有效提高太阳能的利用效率。因为可以共用系统组件，所以太阳能电热联用无论是与单独的光伏系统或者是集热系统相比，系统成本都会更低。

1.2国内外研究现状

PV/T技术的发展以及相关研究的开展以及持续了四十余年，二十世纪七十年代末，物理学家科恩和拉塞尔就认为电热联用技术可以把空气或水做载体，从而提高能量转化率。一九七九年，在集热器工作原理的启发下，亨德利正式建立了PV/T技术的理论概念，弗洛尔舒茨迅速在PV/T技术的概念分析中引入了Hottw-Whillier模型，完善了亨德利的理论建构。一九八一年，拉古拉曼认为PV/T技术在预测集热器性能时，可以采取数字化的展示模型，四年后，他顺利给PV/T技术设计了气体领域的对应计算机模型。一九八八年，洛夫斯基把PV/T技术应用在实际生活中，采用独立的一元数据分析法，来观测安装在用户家中的PV/T系统，并对其在空气流通领域的具体应用做出了改进。20世纪90年代初期，PV/T技术的研究逐渐成为热门领域，先后有许多科学家对PV/T技术在空气质量控制、气体流量调整、电池覆盖吸收板的面积分率等细节化领域做出了更深入的研究。

我国目前太阳能热电联用系统的研究主要集中在重庆大学、浙江大学及中国科学技术大学等高校。

重庆大学「2]由崔文智领导的团队致力于研究PV/T技术的动态平衡特性，在PV/T系统中设计能够模拟不同天气、不同月份、不同年份条件下实现的动态调整功能，从而完成对于PV/T系统中水中热能、功率输出和电转化效率在不同时间情况下的规律的观测，崔文智团队的研究成果显示，太阳能强弱和水中热能、功率输出和电转化效率有着直接的联系，但是热转化效率的变化还会受到日辐射的影响。

浙江大学「3」在本校国家重点实验室做出的新能源研究成果之上，进一步对太阳能领域进行深耕，针对传统热电联用存在的一些问题,包括:主要用在电池板下部进行冷却的方式,在电池板产生热后再进行冷却使用,所利用的热能温度不高、能品低,热利用效率小,同时对光电效率已经产生了影响等,需要寻求更好的利用方案。重点关注热电联用系统,尤其是红外线和可见光分波段波长进行分别利用方向；在高光伏转化效率下,光伏电池板工作温度的控制研究;进一步优化系统，在提高转化率的同时降低PV/T技术成本，得到高能位的聚光系统研究等方面的工作。

来自中科大的学季杰团队「4-5]对光伏-太阳能热泵和多功能热泵的总体性能进行了相关研究。光伏-太阳能热泵系统可以借助热泵效应来增加太阳能的能量转换率以提高其输出端的温度并让这个过程变得稳定起来，还能让该过程处于低温环境下进行，进而让光能更充分地转化为电能。其次，它因热泵循环而产生蒸发过程可以直接利用日光辐射来进行，从而让热泵循环的COP值大幅度增加，并弥补了其在冬天提供暖气时受天气影响装置外部凝结了一层霜进而让系统稳定性降低的不足之处。

即使学者们已经持续对电热联用系统研发了四十多年，然而如今的PV/T产品没有形成一个完整的体系，在市场里面的分额也不高。当前DOE、IEA和ECN这些部门与另外的一些集团正在努力地研发产品与工程示范，以促进PV/T市场的形成。

　第二章PV/T系统构成

2.1PV/T系统构成

目前我们常见的电热联用 PV/T 系统的几个组成部分为：发电部分、集热器部分、热能利用部分。其中集热器是其核心部件，集热器的优劣将直接影响PV/T系统的工作效率。

PV/T 集热器的特点就是能够同时热点和发热。集热器的主要部件包括太阳能电池板和热收集器。按照设备外观设计可以分为有盖板型集热器和无盖板型集热器。有无盖板对集热效果个有影响，有盖板集热器的采热效率更高但是发电效率会降低。而无盖板则正好相反，盖板能够影响整个电池组的透光率，从而影响发电效率。另外根据聚光类型，集热器可以分为平板集热器、聚光集热器和平面反射集热器等。大部分太阳能热水器采用的都是平板式集热器。它结构组成较为简单，容易生产制作及改造，所以目前对于平板型的研究相对其它类型的集热器来说较为广泛。按照冷媒的介质不同，PV/T 集热器也可分为空气型、水冷型。

　2.2水冷型PV/T集热器

水冷型PV/T集热器是利用水来进行导热的PV/T系统，水在其中既扮演着传热介质的角色，也发挥着冷却源为系统散热的作用。

太阳能电热联用系统设计

图1 水冷式电热联用系统

管板式水冷系统是太阳能热点联产系统中较为常见的也是较为简单的一种系统组合方式。具体的应用方式（如图1中a所示）。管板式太阳能热水器在工作时，太阳能通过具有一定倾角的玻璃接收器将阳光集中到盖板上，聚焦的阳光能够被涂成黑色的集热管搜集，这样在集热管和箱体之间就会形成一个高温层。这个高温层逐渐加热热管内的介质水，水温不断升高导致密度逐渐降低，密度不均会让管内的介质水产生流动，冷热水之间产生循环。随着水流的不断流动和循环，整个水箱内的水都能够被均匀的加热。加热后的水重新上升进入水箱，又让温度更低的水流流入热管。这种循环过程能够保证收集到的太阳能热量不被浪费，而顶部高温层则起到了很好的保温作用。对于不同的顶层盖板设计，会带来不同的传热效率和光电效率。因此可以根据实际需求选择合适的盖板类型。

与管板式不同，流道式太阳能热电联产装置则是采用了电池板表面冷却技术，这里设计要求换热工质和太阳能电池的吸收峰不能重叠，所以水作为传热工质符合设计要求（如图1中b所示）。

自由流动式太阳能热电联产系统和其他两种系统都不同，在这个系统中冷却水是自由流动的状态（如图1中c所示），不仅无需加装类似流道式系统中的夹板，而且减少了太阳能辐射的能耗损失。自由流动式相较于流动式可以避免结构上容易破碎且复杂的问题。但是系统整体的温度和压力都会提升很快，这就是的整个系统面临的运行压力较大。

双层吸收式太阳能电热联用系统如图（如图1中d所示），该系统有较高的集热效率，因为主要采用了透光太阳电池。但是这也使得该系统的成本会较高。

2.3空气型PV/T集热器

另外与水冷式类似，空冷式PV/T集热器主要是利用空气的流动来进行热传递，将空气作为传热介质。在空冷式PV/T系统中，要额外设计供空气通过的渠槽结构。在太阳能电池板设计中也要增加便于空气流动的缝隙，将整个渠槽系统加工成一定深度和宽度的构造以便于传递热量。在具体的设计构造中，有的设备将渠槽设计在电池板上方，也有的在上下都设计渠槽，上下都设计渠槽的构造相比单面渠槽空气流通效率更高，也可以区分开顺流和逆流，便于冷热空气分开。空气型PV/T集热器在集热后可以直接和通风系统联通，将收集到的热能用于室内采暖。或者也可以将收集到的热空气通过换热器加热热水。空冷型PV/T集热器和水冷式相比有自己的特点，但是也存在一些不足之处。例如，空气型PV/T集热器在外观构造上更为简单，造价也更低，但是由于没有热管设计，整个渠槽也直接暴露在外界环境中，增加了PV/T集热器被冻坏的风险。同时空气式PV/T集热对环境的要求也更高，需要较为宽敞的工作环境，气流通道顺畅，而且如果不加装换热器的话，直接适用热空气供暖还会产生一定的噪声。

　2.4聚光型PV/T集热器

聚光型PV/T集热器在构造上可以分为三个主要部件，分别是聚光部件、电池部件和冷却系统。具体来看，聚光型PV/T集热器一般都会采用效能更高的砷化镓等太阳能电池。光电转化效率能够被大幅度提升。其主要设计难点在对冷却系统的要求也更高。

第三章PV/T系统设计

3.1系统的性能

本课题研究的PV/T 系统在结构组成方面主要分为两个部件，分别是观点转换部件和光热转换部件。这两个部件的转化效率决定了系统的工作效率。关于 PV/T 系统来说，要想让系统的作用最大化，就需要提高系统的光电转化效率。而对光电转换效率产生影响的因素包括转移热量、温度以及电池工作温度等。

PV/T 系统中对于太阳光转换和利用主要是依靠光热转换部件实现的。光热转换部件能够将吸收来的太阳光能转化为热能，因此光热转换部件也是整个PV/T 系统的核心部件，对于PV/T 系统设计最重要的就是要保证集热板有良好的导热性能。

在所有系统参数中影响该系统效率的关键参数有：冷却液进口温度 Tin,冷却液流量m,入射太阳辐射强度G,以及玻璃盖板层数n。

根据不同的循环模式，在整个系统当中，循环模式主要有两种，分别是强制循环和自然循环。其中，强制循环的速度快、冷却效率高，但由于外置循环泵的存在，导致系统的能耗增加，整个系统的输出功率降低，而自然循环则没有这个问题。

冷却液的进口温度也是影响冷却效果的又一重要因素，温度越高，冷却效果越差，吸热效率急速下降。根据相关数据显示，进口温度如果从 23℃ 上升到43℃ 的使用，系统的热效率会降低 34% 左右。不过，需要注意的是，想要保证系统的热效率，必须要保证进口温度在合适的范围，但是进口温度对系统的光电转化率却没有太大影响。

如果入射太阳辐射强度增强，那么就可以有效提高系统的光电转化率和系统的总输出能。系统升温过快，如果不能及时有效的降温，将会导致光电效率降低。玻璃盖板层有着很好的保温作用，能够保证传热效率。不过，较多玻璃盖板导致太阳光反射作用加强，光电效率将会降低。因此，玻璃盖板不是越多越好。

3.2聚光式太阳能光伏/温差电热联产系统设计

聚光式太阳能光伏/温差电热联产系统。电热联唱系统采用聚光器+光伏电池+温差电池组合的形式，其核心模块包括聚光模块、发电模块和集热模块等。在系统中聚光模块主要是将太阳能聚集起来，然后利用发电模块中的光伏电池会与温差电池进行联合发电。集热模块中的集热箱和传热器是主要部件，本文主要采用热管作为集热模块中的传热部件。用硅酮胶把温差电池的热、冷端分别固定在光伏电池背面和热管表面，构成一个整体放在聚光器光路出口处（如图2）。太阳光经槽式聚光器汇聚后反射到光伏电池板表面，接收到的光能通过太阳能电池板转化为电能，在储存在光伏电池中，为温差电池热端提供热源。部件中的温差电池的冷端固定在热管上，再通过冷却水对流来产生温差从而能够利用温差进行发电。产生的冷却水被加热后回流到储热箱中进行热量存储。

太阳能电热联用系统设计

图2 系统设计结构

3.2.1温差发电原理

利用温差热来发电的技术是一种比较清洁高效的发热技术。技术的核心原理是利用低沸点的介质液体在流动中产生的蒸汽压来推动发电器发电。其中流体循环需要遵循朗肯循环( Rankine Cycle，RC) 。整个温差热发电技术的核心部件主要包括了低温介质流体蒸发器、回流蒸汽冷凝器、提供流体动力的涡轮机和流体泵等。在整个温差发电系统内部主要是利用低温介质流体沸腾后的流体压力增大，推动涡轮机叶片而达到发电的目的。而沸腾后的介质流体蒸汽在冷凝后通过冷凝器重新回流到蒸发器中。从而形成一个完整的循环过程。

　3.2.2光伏发电原理

光伏发电的主要具体原理是半导体的光电效应。光电效应就是当光子照射到金属表面时，金属表面会有电子被激发而逃逸，从而产生电流。光电效应能够让电子吸收足够的能量直接逃逸出来，例如对于硅原子而言，其外层有4个电子，如果将硅和磷组成半导体材料，因为磷的外层有5个电子，与硅不同，二者掺杂后形成的就叫N型半导体。同理如果在硅材料中加入硼原子，就形成了P型半导体，如果N型半导体和P型半导体接触时，由于二者所含的外层电子激发能量不同，就会产生一定的电势差，利用太阳光照射后，不同材料表面空穴移动和电子移动聚会产生方向性。于是N-P半导体接触面就会形成从N到P的电流。

　3.2.3热管原理

本文采用的传热元器件热管是一种传热效率很高的材料。在全封闭真空状态下，由于液体在管内流通会随着热量变化而蒸发和凝结，这个过程中就会产生热量传输，热管就是利用这种性质来进行热量传递。所以热管具有较强的导热性，能够被广泛应用在各种热传递反应器中，利用热管传热不仅热量的传递方向可逆，而且传热距离可控，能够实现恒温，同时还具备热二极管和热开关性能。但唯一的缺点就是其价格相对其他传热元器件相对较高。

第四章应用前景

　4.1光伏电站

所谓光伏发电就是利用太阳能电池板来搜集太阳能产生电能，再将产生的电能与电网相连实现电能的传输。光伏电站具有多种优点，1.首先是使用的能源清洁再生，太阳能是地球上最充足的能源来源；2.安全性较高，且没有噪音，不会对周边环境造成影响；3.受到地理位置的限制性较小；4.无需通过消耗燃料来获取能源，可直接就地发电供电；5.发电过程消耗低能源转化高，获得的能源清洁无污染；6.应用和推广也更容易被人们所接受；7.建设周期短，无需投入大量的建筑，从而更快地获取能源。种种优点表明光伏电站具有极大的前景。

我国对于太阳能的利用最早可以追溯到1958年，期间的发展有两次较大的跳跃，第一次是在1990年左右，为了发展光伏产业，从全球各地引进了很多光伏生产线，接着是在进入21世纪以后，当时受国际形势影响及国内XX的各项激励政策，推动了光伏产业的发展势头。

近年来随着我国国内光伏市场需求的不断增加和国家对光伏产业的扶持力度加大，国内太阳能光伏产业产能持续攀升，发电量也连年创新高。此外由于我国的光伏产业已经形成了比较系统化的产业结构，整个光伏产业上下游供应链条建设也比较完善。目前我国已经成为全球最大的光伏产生制造国。光伏产业的上游材料包括了硅片、硅材料、多晶硅的生产，而这些硅基材料又可以追溯到石英砂的加工冶炼。在下游太阳能电池板的制造涉及的供应链体系更加庞大，由于太阳能电池板的组建材料很多，涉及的行业也非常繁杂，所以全球能够凑齐整个太阳能电池板产业链的国家也屈指可数。除了满足国内适用需求外，大量的光伏产品都被出口到欧洲、美洲等地区。据统计，2019年我国光伏产业的出口总额超过了200亿美元。这已经是“双反”以来达到的出口新高。整个产业链中，以组建出口增速最快。2019年超过了65GW，占比超过整个光伏产业出口额的85%。

此外，由于全球对环境保护和绿色清洁能源的推广，太阳能发电也受到了越来越多国家和地区的欢迎。有了宣传舆论做保证，人民群众对光伏太阳能的接受程度也在逐步提升。目前，太阳能光伏发电已经非常普及，很多高层建筑的顶层都装设了太阳能电池板，所发的电量甚至可以维持整个大楼的日常供电需求。随着经济的发展，城市与农村对太阳能的需求也不断加大，光伏产业的技术也会逐步成熟，更好地服务于人民。

4.2太阳能光伏光热建筑一体化

随着舆论宣传对光伏太阳能发电的不断追捧，越来越多的人都开始接受和使用太阳能发电技术。这种技术在建筑行业也得到了更加广泛的应用。建筑物顶端装设太阳能电池板后不仅能够满足居住者的日常生活需求，而且为城市电网节约了大量的电力能源，促进了整个社会的可持续发展。

2013年之前，我国社会总能耗中，占比最大的就是建筑物能耗，而在建筑物能耗中，能耗最高三项分别是热水、空调和采暖，这三项总能耗加起来能够占到建筑物总体能耗的65%以上。在推广和使用太阳能之后，不仅能够为诶建筑物节约大量的电力能源消耗，而且太阳能直接利用光热效应产生的热水能够用来洗浴和采暖，仅光热转换得到的热水供应一项就能够节约整个建筑物能耗的15%以上。再加上采暖和制冷等方面的能耗统计，太阳能发电技术的应用能够为建筑物节约80%以上的能源消耗。

而随着太阳能技术的不断发展，未来，0消耗的太阳能建筑物已经距离我们越来越近。随着我国城市化水平的不断提高，越来越多的光伏企业开始将重新从农村转移到城市，加快技术完善，促进效率提升已经成为整个行业发展的大趋势，也必将涌现出一批技术集成化高、研发能力强的专业化光伏建筑施工企业。

4.3通信/通讯领域

目前，随着太阳能技术的不断成熟，其在通讯和通信领域的推广和使用已经非常普遍。通讯和通信领域几乎涵盖了人们生活的所有场景，从传统的广播通讯到之后的电视电台再到现在的移动互联网5G技术等，通信通讯领域几乎等于半部人类现在科技进化史。而太阳能光伏技术在通信通信领域的应用则能够极大的推动该领域的技术革新与产业升级。太阳能技术不仅能够解决通讯通信设施的能源供应问题，同时还能够利用光纤技术进行信息传输。可以说太阳能光伏技术在通信通讯领域的应用将极大的推动人类文明科技的进步。

4.4太阳能水泵

太阳能光热效应最广泛的应用就是太阳能热水器，九十年代几乎家家房顶上都有一排太阳能板。利用太阳能直接加热热水来满足生活需求已经是一项非常成熟的技术手段。而太阳能水泵则是在传统的太阳能热水器的基础上增加了太阳能光电转换模块，让太阳能不仅能够热水还能给水泵供电。在热水的同时利用太阳能水泵过滤杂质，清洁水源，极大的提高人们的生活质量。

实现太阳能水泵的正常工作。太阳能水泵供电过程中，需要将直流电先转化为交流电，从而为太阳能水泵提供工作所需的电量。

此外太阳能水泵还可以应用在农田灌溉系统中，我国有很多农村地区都非常缺水，尤其是西北干旱地区，不仅地表水资源缺乏而且想要抽取地下水灌溉也非常困难。一方面是农田自身的基础设施建设不完全，周边没有可以链接的电源线路。另一方面即便适用燃油电机可以为水泵供电，但燃油电机不仅工作成本高，而且设备投资大，都不适用于我国北方干旱地区。而太阳能水泵的出现不仅解决了水泵的店里问题，而且投资小，使用成本低，能够完全解决农业灌溉和生活用水需求，有巨大的社会效益和经济效益。

4.5家用热水器

太阳能热水器的核心部件是光热转换器，也就是将太阳能转换为热能的部件。转换后的热能可以用来热水，也可以用来供暖等。常见的太阳能热水器可以分为真空管式和平板式两种。国内市面上最常见的是真空管式太阳能热水器，主要有集热管、整体支架、水箱和控制系统等构成，其中最主要的部件是集热管，集热管能够将太阳能直接转换为热能将水箱内的水加热。在利用热水比重低会上浮、冷水比重高会下沉的特点循环加热整个水箱。

目前全球各地普遍面临能源危机，在这种背景下，太阳能作为取之不尽用之不竭的清洁能源已经成为全球能源行业的重点发展方向。为了实现人类社会的可持续发展，研发制造清洁、高效、环保的太阳能热水器已经成为一种趋势，只有全面实现对太阳能的清洁高效利用，人类文明才有更大的发展空间，我们也才能给子孙后保留一片绿水青山。

结语

PV/T 系统的应用相比起传统的光伏系统来说有着较大的优势。在产能方面，不仅可以提供电力能源，而且能够急需发挥余热，提高整体的输出能力。而且，在太阳能的利用上， PV/T 系统的总输出能也要高于传统系统。因此，之后的研究还应该加强对太阳能热电联产技术的研究，不断提升太阳能的利用效率和转换能力，为我国可持续发展社会的建设提供帮助。

从目前的研究成果来看，PVT系统的主要研发方向还是主要瞄准晶体硅（c-Si）材料技术和光伏热系统的设备研发等方向。目前普遍适用的晶体硅材料由于其温度系数较高，因此由晶体硅材料为核心的光热系统发电效率明显要低于非晶体硅系统。而且同等效率下，非晶体硅材料的制造成本要明显低于晶体硅材料。所以单纯从系统成本角度看，非晶体硅材料有着更大的优势。不过我们也要看到非晶体硅材料在光电转化效率方面还无法与晶体硅材料相媲美。不过这点可以通过不断的技术革新来改善，例如可以延长退火工艺，减少Staebler -Wronski 效应从而增加光电转化效率。从总体来看，影响整个PVT系统能源效率的因素包括设备构造、制作材料和工艺选择等三个方面。想要整体的全面提升PVT系统的能源效率，也必须进行夸学科研究，多团队配合，只有这样才能制造成成本更低，效率更高的PVT系统。

参考文献

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主要研究成果

光伏电池存在的问题是目前市场中主要的太阳能电池以结晶硅为主，当太阳光照耀在太阳电池板上时，大概只有 5～23％太阳能转化为电能，而近 62～72％的太阳能转化为热能。产生的热能将导致太阳电池表面温度升高，最高能升高30℃ 以上。温度的升高会导致：太阳电池板的吸收能力下降，电池的短路电流将增加；太阳能电池的逆向饱和电流增加，开路电压下降；太阳能电池转化效率降低。因此，为了使太阳能电池工作在适宜温度，降低温度的升高，同时也为了回收利用此部分热量，提高太阳能综合利用率就成为关键问题及难点。

同时太阳能的电热联用（PV/T）是将太阳能电池板和平板集热器有机结合。太阳能电池板作为 PV/T 系统的吸热体 , 平板集热器中的冷却液能够减少电池板多余能量，从而有效降低电池所处环境问题，以确保整个系统的光电转换效率。而且由冷却液带走的多余能量还能够辅助建筑的供暖以及生活热水供应，有效提高太阳能的利用效率。

推广和扩大利用太阳能等可再生能源是使未来变得更令人乐观的一个有效途径。如果能够通过不懈的努力来保存人类的各种能源,我们在未来就会有更多的选择余地。

太阳能的电热联用（PV/T）是将太阳能电池板和平板集热器有机结合。太阳能电池板作为 PV/T 系统的吸热体 , 平板集热器中的冷却液能够减少电池板多余能量，从而有效降低电池所处环境问题，以确保整个系统的光电转换效率。而且由冷却液带走的多余能量还能够辅助建筑的供暖以及生活热水供应，有效提高太阳能的利用效率。太阳能电热联用与单独的光伏系统和集热系统相比，可以共用一些组件、安装面积小、大大降低了系统成本。

致谢

毕业论文至此即将结束，同时也意味着我的大学学习即将结束。在学习中，从课题确定、课题内容研究到最后毕业论文撰写都遇到了很多的困难，正是因为有老师和同学们的无私帮助，我才能顺利地完成课题研究。心中充满着感激，由衷地感谢。

首先，我要感谢我的导师，正是他的谆谆教导和无私帮助，我才能顺利地完成课题研究。最后在毕业论文撰写过程中，他也给了我很多指导与建议。

其次，我要感谢我的母校-浙江理工大学，虽然在这里生活了只有短短的时间，这足以让我爱上这个具有很强文化底蕴的学府。在这里不仅学到了很多专业文化知识，同时也结交了很多志同道合的朋友。我会怀念这里的老师和学生，怀念这里的一切。无论今后是继续学习还是选择就业，母校都是我最难忘的地方。

再者，我要感谢在校帮助和照顾我的同学和老师，特别是主干课题组所有的成员，他们不仅在学习中给我营造了一个良好的学术环境，而且在生活上也给予了我很大帮助。正是有了他们我的生活才变的丰富多彩。

最后，我要感谢我的父母，他们给予我生命，给我一个温暖的家，坚实而温馨的避风港成为我栖息的地方。我的任何选择，他们无条件支持，这是我这么多年来求学路上坚强的后盾。在我遇到困难，他们总是给我很多建议，在我犯错误的时候，他们总会给予我无私的包容。他们无私的关爱是我不断前进的动力。