太阳能空气双热源热泵系统性能实验(3)

图7 为不同模式下发电量（E）和电效率（ηe）的变化曲线。由图可知，E 和ηe与太阳辐射的变化趋势基本一致。测试期间，SA 模式下，ESA为14～278 W，平均130 W；ηe,SA为2.3～12.8%，平均7.7%。S 模式下，ES为27～364 W，平均224 W；ηe,S为2.4～12.7%，平均9.5%。总体上看，由于S 模式下太阳辐照较强且环境温度较低，使其平均ES和ηe,S高于SA 模式。但在第3 阶段，由于SA 模式下蒸发器开始向环境空气散热，使其发电效率有所提升，平均ηe,SA约8.3%，而S 模式下约7.8%，提升0.5%。综上可知，SA 模式在高辐照条件下环境空气的作用会由向蒸发器供热转变成为蒸发器散热，虽然其会减少蒸发器的集热量，但是却实现了为光伏电池散热的效果，对发电性能有一定提升作用。

图7 发电量和电效率的变化曲线Fig.7 Variation curves of power generation and electrical efficiency

图8 蒸发压力和冷凝压力的变化曲线Fig.8 Variation curves of evaporation and condensation pressures

图8 为不同模式下蒸发压力（Peva）和冷凝压力（Pcon）的变化曲线。由图可知，蒸发压力随太阳辐射和环境空气温度的波动而变化，冷凝压力随运行时间逐步增加。由于第1～2 阶段SA 模式下平均太阳辐射和平均环境温度均低于S 模式，致使其平均Peva,SA约0.4 MPa，比S 模式低0.06 MPa。进入第3阶段，随环境温度的升高，Peva,SA开始高于Peva,S直至结束。对于Pcon,SA，第1～2 阶段均低于Pcon,S，进入第3 阶段，两者的差距才逐渐减少，最后均达到2.1 MPa。

图9 为不同模式下压缩机（Ecom）和水箱温度（Ttk）的变化曲线。SA 模式下Ecom,SA从521 W 增长至862 W，平均685 W；S 模式下Ecom,S从511 W 增长至831 W，平均687 W；两种模式下压缩机平均功率基本相同。水箱从20℃加热至50℃的过程中，SA 模式和S 模式分别用时255 min 和270 min，前者可缩短加热时间约5.6%。

图9 压缩机功率和水箱温度的变化曲线Fig.9 Variation curves of energy consumption and water tank temperature

图10 总效率和COP的变化曲线Fig.10 Variation curves of overall efficiency and COP

图10 为不同模式下综合性能效率（ηo）和COP变化曲线。由图可知，随运行时间的增加，ηo和COP呈下降的趋势。SA 模式下，COPSA在1.5～3.3 范围内波动，平均2.38；S 模式下，COPS在0.6～4.4 范围内波动，平均2.23。受环境温度和太阳辐射的综合作用，COPSA比COPS更加稳定，且提升超过6.7%。对于综合性能效率，绝大多数时间ηo,SA均高于ηo,S，平均分别为81.7%和56.7%，提高约25.0%。总体上看，测试期间平均太阳辐照处于较低水平，SA模式的综合性能优于S 模式，但是其第3 阶段存在散热情况，一定程度上降低了SA模式的综合性能。

3 结 论

将平板微热管阵列技术应用于光伏光热组件并改装为MHPA-PV/TE，进而研发得到新型DHSHP 系统。在平均太阳能辐照456～634 W/m2、平均环境温度9.1～10.6℃的工况下，对该系统在S 模式和SA 模式下的运行特性进行研究，得到结论如下。

（1）受太阳辐射和环境温度影响，SA 模式下环境空气的作用包括放热和吸热两种功能，环境温度与背板温度的温差在-3.1～3.5℃之间波动，蒸发器进出风温差在-0.3～1.6℃之间波动。而S 模式下环境温度始终低于背板温度，温差最大达-5.4℃，环境空气中的热能未被充分利用。

（2）SA 模式适合在低辐照条件下运行。在平均太阳辐照456 W/m2、环境温度10.6℃的条件下，SA模式下DHS-HP 系统热效率、总效率和COP 分别达56.7%、81.7%和2.38，比S模式提升20.3%、25.0%和6.7%。与SA 模式相比，S 模式更适合在高辐照条件下运行。

（3）SA 模式在高辐照条件下虽然会造成系统的散热量增加，但是对系统发电性能却有一定促进作用。

（4）DHS-HP系统运行中，当背板温度小于环境温度时启动双热源模式，当背板温度大于环境温度时启动太阳能供热模式，可以进一步提升系统的运行效果。

A——面积，m2

COP——性能系数

c——比热容，J/(kg·K)

E——发电量，W

G——太阳辐照，W/m2

I——电流，A

m——流量，kg/s

P——压力，Pa

Q——热量，W

T——温度，℃

ΔT——温差，℃

U——电压，V

η——效率

下角标

a——环境空气

com——压缩机

con——冷凝器

文章来源：《中国辐射卫生》 网址: http://www.zgfswszz.cn/qikandaodu/2021/0301/420.html