沈阳农业大学学士学位论文外文翻译
混合光伏/热（PV / T）太阳能系统仿真
1、简介
混合PV/ T集热器设备通过两个光伏发电和光热技术的结合将太阳辐射同时转化为电能和热能。它们典型地由上附着的热吸收到模块光伏（PV）的背面，如图（一）。 PV模块将入射太阳能的一部分辐射转化为电能，而其余部分通过热吸收器被引导为一个循环流体在热应用程序中使用（例如,热水，采暖），Charalambous等使用。这种太阳能技术的发展的动力是国家的最先进的光伏电流技术的主要缺点有是它无法吸收太阳能固有全辐射光谱范围内的能量。由于入射能量的大部分以热量的形式排放到周围环境中，进而导致光伏太阳能电池的效率相对较低。混合动力太阳能集热器吸收这些能量，否则拒绝吸热，
从而增加组合的热和电功率的产量。虽然对PV / T系统的早期研究文章可以追溯到七十年代科恩等（1978年）和Florschuetz（1979年），他们都获得了新的兴趣与以采取实质性举措降低成本，因此预计它们在未来变得越来越有吸引力。
在目前的工作中，根据模块化块建模策略应用集成的Simulink/ Matlab的环境来进行热力学建模实现太阳能工厂布局。Simulink的是Mathworks公司（2009年）最初创建的多域仿真平台和基于模型的设计动力系。它可以在允许的可能性的范围内有很大的灵活性建模。然而它已被主要用于模拟控制系统，数字信号处理和电路，并有非常少的太阳能系统的瞬时热建模的实例，甚至流体网络分析。在本研究中的个体系统部件通过Simulink的S函数，其根据非线性时间依赖性所得微分方程系统的时间积分来模拟系统。其他建模方法可以模拟的很好。有人认为，更高层次的建模方法，例如，基于对使用的面向对象和非因果建模语言Modelica的或在使用的标准的面向对象和非因果建模框架Ecosimpro可能是可行的和更好的替代品。然而，面向对象的编程和非因果建模已经在Matlab/ Simulink环境中通过的Simscape语言当前版本的支持。此选项避免了所谓的代数环的问题，它允许更自然的物理建模和建筑用的库可重用的组件模型和系统。此外，所有Matlab的可用的工具箱可以使用在必要时。特别感兴趣的是并行计算工具箱这让多核和多处理器计算机的能力得到充分的发挥。
在第2节数学模型对不同个体主要成分介绍。这些措施包括光伏/ T集电极模型，热水储热分层水箱模型和太阳辐射输入模型。在第3节Simulink的系统模型布局。在第4节各个组件的模拟和参数研究，以确定它们进行关键功能时起到散热性能的相关作用。详细的参数和灵敏度研究是对光伏/ T集电极进行可能性的评估，在通过使用真空和去除光伏玻璃封装的集热效率进一步改进。本节中在Matlab / Simulink中获得的各个组件的仿真结果与其他作者得到的实验数据
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进行了比较。在第5节一年一度的模拟总体结果为PV / T太阳能
在温带地区国家（葡萄牙）整个系统的性能，以及赤道国家（擦玻璃 - 佛得角）呈现和比较。
2、个体组件模型
2.1、PV/ T收集器
2.1.1、PV/ T集热器的设计
光伏/ T集电极是太阳能植物组分负责捕获太阳辐射并将其转换成电力和热能。一个典型的混合型PV / T收集器由附着在热吸收光伏模块（见图 1）。吸收器的目的是冷却面板并进行光伏拒绝热到冷却流体。该热量可以在需要低温加热（例如，卫生热水，或游泳池）应用中使用。光伏/ T集热器可以根据是否在冷却流体使用通常分为水收集器和空气收集器。前者由于它们的更高的效率是更常见的，而后者大多在空气中预加热，冷却，通风，Chow等使用（2007）。在几种水冷收集模型中，片材和管设计被认为是最有前途的一个，因为它是最便宜的建立，同时其效率仅比其余的略低。内片材和管类，玻璃覆盖集电极获得的最大热效率和最高流体的温度，揭示本身作为最合适一个用于卫生热水市场，尊德格等（2004）。由于国内卫浴热水的应用，目前建模设计工作选用代表最有前途的市场的光伏/ T太阳能发电厂。
图1 典型片管式光伏/ T集电极
2.1.2、平板集热器模型 2.1.2.1、光学模型
为了方便描述混合集热器，光学模型和一个充满活力的模式应予以处理。开发的光学模型基于菲涅耳定律，并采取在考虑了与每个单独的太阳辐射组件相关的不同集的属性，以及它们的依赖的辐射入射角。
玻璃盖和吸收系统的组合透射吸收率（SA）由其中q代表内部散射辐射反射得到系数。(??)??*?
1?(1??)?d2.1.2.2、有力的模型
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在充满活力的模型中，如Zondag等（2005），一维模型提供了用时相比更精确，满意度复杂的模型。在这个前提下，一个单维瞬态模型是在每个单独的集电体的开发组件施加能量守恒。这导致了一组非线性瞬态一阶微分方程。温度的Ti的位置示于图1。
玻璃盖的能量平衡是
dT4m1Cp11?C11(T1?Tamb)?C12(T14?Tsky)?C13(T2?T1) dtPV模块能量平衡的结果是
m2Cp2dT2?C21G?C22(T2?T1)?C23(T24?T14)?C24?eG?C25(T2?T3)?C25(T2?T4)dt吸收器边能量平衡是
m3Cp3?dT3K1T2?K2Tamb?C31(T2?T3)?C32(T64?Tamb)?C33?T??4dtK3?????
吸收器连接到所述循环管能量平衡为
?K1T2?K2TambdT4m4Cp4?C41(T2?T4)?C42(T4?T5)?C33?T??4dtK3?循环流体在管中的能量平衡到为
m5Cp5dT5?C51(T4?T5)?C52(2T5?Tfin)dt????其中，T5表示给定的流体介质的温度T5?Tout?Tfin2
参数Cij的和K常数用于简化表达式和从集电极几何值所得的非温度依赖性特性，光学特性和传热系数。
电和热效率由下式给出
?e??cel?g?t?mCP(Tout?Tfin)G2.2、储罐
2.2.1、地幔罐
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对于选择国内太阳能发电厂的绝大部分能量储存的选项是分层蓄热罐，由于其简单性和低成本。其中最有竞争力的设计为卫生热水市场是分层热水箱与地幔热交换器（Han等人，2008）。在这种类型的设计中，热交换器掺入储存箱（参照图2），从而确保简单，体积小，低高分层级成本。由于卫生热水的应用程序可能代表了主要的潜在市场，光伏/ T太阳能发电厂（尊德格等，2005），这是在本研究中选择用于建模设计的目的。
图2 分层热水箱与地幔热交换器
2.2.2、坦克模型
在坦克模型，假设在内部的流动是单维的（活塞状或活塞流）。它在罐的大部分区域近似合理，作为在入口、出口附近的区域不太精确。流体温度在罐和换热器非平稳。损失的热量通过顶部，底部和侧面的环境壁。对流能量流转不考虑。据此鲍尔等人（1993年），他们往往通过这两个数量高估无流量时段的幅度。水箱和散热之间的对流换热器是通过地幔罐获得的经验为蓝本的相关性。因为它破坏了分层（鲍尔等人，1993），壁与轴传导坦克也被包括在内。在地幔侧，当
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与罐的面积进行比较时，由于横截面面积非常小轴向传导期限不考虑。因为与其它的热传递的机制相比是非常小的，径向传导也不考虑。在消费者和热交换器侧的焓的条件包括在内。由于在入口湍流混合的扩散区也包括在内。根据乔丹等人研究，这一因素对罐的性能产生影响在3％。
罐的能量方程给出
?Tt?2TtUintP?TUP?Cp?k2?(Tm?Tt)?u?t?ext(Tt?Tamb)?t?xAt?xAt用于热交换器流体的能量方程类似于槽，由于小的横截面面积，与该轴向沿着流体传导将不会作为唯一的区别考虑。该导出方程为
?TmUintP?TUP?(Tt?Tm)?um?Cpm?ext(Tt?Tamb)?tAm?xAm?Cp为了模拟热交换器之间的传热与鲍尔等人提出的罐的相关性使用。这种相关性考虑之间的热传递，两个平板在一侧具有完美绝缘，在其他地方并且恒定热通量。
RePrDh1.2)xN?(x)?4.9?RePrDh0.70.11?0.0909()Prx0.0606(若要将此关联到地幔热交换，Baur等人指出应使用校正因子C= 1.7，导出下面的方程
Uint?CkN?Dh对于内部的热对流系数，由Bauer等近似使用，在此前提下，一个全球性的传输系数2000瓦/平方米K表箱内部的对流换热系数为考虑，这在实践中消除了这种耐热性。
在入口区域动荡的扩散系数由一种有效的扩散系数连翘醇提物，和Zurigat提出的沿罐高度变化等相关由下式给出。
其中Nst表示层编号，在入口区域?eff侧面的湍流扩散系数，穿孔盘，和冲击入口扩散系数分别给出
由于假定热水热分层的平均温度，从入口计算到最高的混合高度。随后Jordan等人假设因入口速度，该倒液层浮力等于流体惯性力，进而来计算混合高度。由此产生的方程是
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