光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖

1、光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)效率分析摘要就發(fā)展問(wèn)題來(lái)說(shuō)不能逃脫的一個(gè)問(wèn)題就是有關(guān)能源的問(wèn)題，但是，就現(xiàn)在世界上整體的情況而言，能源問(wèn)題是當(dāng)今世界面臨的重大難題，也是對(duì)人類(lèi)生存與發(fā)展的重大考驗(yàn)。隨著能源危機(jī)的出現(xiàn)，人們開(kāi)始發(fā)現(xiàn)可再生能源的重要性。一些科學(xué)家也開(kāi)始了對(duì)于太陽(yáng)能的研究，本文也是對(duì)于太陽(yáng)能的光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)效率進(jìn)行分析。本文研究了光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)，并對(duì)其一些基礎(chǔ)理論知識(shí)進(jìn)行了解，比如光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)基本原理。然后對(duì)光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模分析，最后對(duì)于光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)的仿真實(shí)驗(yàn)，談?wù)摿斯怆妰?chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系

2、統(tǒng)的優(yōu)劣勢(shì)比較。關(guān)鍵詞：光電儲(chǔ)能供暖；光熱儲(chǔ)能供暖；太陽(yáng)能abstractAs far as development is concerned, one of the problems that cannot be escaped is related to energy. However, as far as the overall situation of the world is concerned, the energy problem is a major challenge facing the world today and a major test for human surv

3、ival and development. With the emergence of the energy crisis, people began to find the importance of renewable energy. Some scientists have also begun to study solar energy, this paper is also for solar energy photoelectric energy storage and heating system efficiency of photothermal energy storage

4、. In this paper, the basic theoretical knowledge of photoelectric energy storage and photothermal energy storage heating system is studied, such as the basic principle of photoelectric energy storage and photothermal energy storage heating system. Then, the system of photoelectric energy storage and

5、 photothermal energy storage heating is modeled and analyzed mathematically. Finally, the system of photoelectric energy storage and photothermal energy storage heating is simulated, and the advantages and disadvantages of photoelectric energy storage and photothermal energy storage heating system a

6、re discussed.Key words: photoelectric energy storage heating; photothermal energy storage heating; solar energy目 錄第一章 緒論41.1研究背景以及研究意義41.1.1研究背景41.1.2研究意義41.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀51.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀51.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀51.3研究?jī)?nèi)容以及研究方法61.3.1研究?jī)?nèi)容61.3.2研究方法6第二章 光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的工作原理72.1太陽(yáng)能供熱與儲(chǔ)熱供熱系統(tǒng)介紹72.1.2光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的集熱器的工作原理72.1.3光熱儲(chǔ)能供

7、暖的系統(tǒng)的蓄熱系統(tǒng)的工作原理82.1.4 光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)供暖系統(tǒng)的工作原理92.2太陽(yáng)能發(fā)電加儲(chǔ)電供熱系統(tǒng)的工作原理92.2.1光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的集熱發(fā)電系統(tǒng)的工作原理92.2.2光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的蓄熱系統(tǒng)的工作原理102.2.3 光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)供暖系統(tǒng)的工作原理10第三章 光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的建模分析113.1 光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型113.1.1 光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)集熱器的數(shù)學(xué)模型113.1.2 光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)蓄熱裝置的模型建立113.1.3 光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的板式換熱模型的建立133.2 光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型143.2.1光學(xué)模式數(shù)學(xué)模型143.2

8、.2熱學(xué)模式數(shù)學(xué)模型153.3電磁感應(yīng)數(shù)學(xué)模型16第四章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及仿真實(shí)驗(yàn)184.1 光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)184.2 光電儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)194.3光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)204.4 光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)214.5光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)與光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的比較23第五章 總結(jié)與展望245.1結(jié)論245.2展望24致謝25參考文獻(xiàn)：26第1章 緒論1.1研究背景以及研究意義1.1.1研究背景從鄧小平同志對(duì)中國(guó)實(shí)行改革開(kāi)放制度以來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入飛速發(fā)展的時(shí)代。中國(guó)的發(fā)展越來(lái)越與世界緊密的聯(lián)系在一起，但是就發(fā)展問(wèn)題來(lái)說(shuō)不能逃脫的一個(gè)問(wèn)題就是有關(guān)能源的問(wèn)題，但是，就現(xiàn)在世界上整體的

9、情況而言，能源問(wèn)題是當(dāng)今世界面臨的重大難題，也是對(duì)人類(lèi)生存與發(fā)展的重大考驗(yàn)。從非傳統(tǒng)安全的視角看，不論是能源資源的開(kāi)發(fā)還是分配都不僅對(duì)世界經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生巨大的沖擊，也直接導(dǎo)致國(guó)際關(guān)系的微妙變化，能源外交已經(jīng)成為各國(guó)外交戰(zhàn)略不可忽視的重要方面。中國(guó)的煤炭?jī)?chǔ)量全球第一，理論儲(chǔ)量萬(wàn)億噸，是中國(guó)最主要的一次能源。占到我們國(guó)家能源消耗的7成以上。其它的幾種一次能源中，石油，天然氣，油頁(yè)巖等的儲(chǔ)量都很少。石油已經(jīng)成為純進(jìn)口國(guó)。在二次能源中，電力缺口，這兩年每天都在提。其它的，像焦炭，我國(guó)產(chǎn)量全球第一。煤氣，基本滿(mǎn)足需求。石油制品（汽油，柴油）短缺。并且就中國(guó)而言，對(duì)于能源問(wèn)題來(lái)說(shuō)，我國(guó)能源形勢(shì)的嚴(yán)峻性和問(wèn)題主要

10、表現(xiàn)在六個(gè)方面：一、資源有限。二、結(jié)構(gòu)失衡。三、使用低效。四、污染嚴(yán)重。五、技術(shù)落后。六、對(duì)外信賴(lài)度過(guò)高。隨著能源危機(jī)的出現(xiàn)，人們開(kāi)始發(fā)現(xiàn)可再生能源的重要性?？稍偕茉捶褐付喾N取之不竭的能源，嚴(yán)謹(jǐn)來(lái)說(shuō)，是人類(lèi)有生之年都不會(huì)耗盡的能源?？稍偕茉床话F(xiàn)時(shí)有限的能源，如化石燃料和核能。可再生能源一般有以下類(lèi)型：太陽(yáng)能，地?zé)崮?，水能，風(fēng)能，生物質(zhì)能，然而，大部分的可再生能源其實(shí)都是太陽(yáng)能的儲(chǔ)存?？稍偕囊馑疾⒎翘峁┦甑哪茉?，而是百年甚至千年的。并且，所有人類(lèi)活動(dòng)的基本能源都來(lái)自太陽(yáng)，透過(guò)植物的光合作用而被吸收。那么對(duì)于太陽(yáng)能的利用研究就顯得十分重要了。而本文就是研究太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)，太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)

11、可以有兩種主要的方式：太陽(yáng)能發(fā)電加儲(chǔ)電供熱和太陽(yáng)能供熱與儲(chǔ)熱供熱系統(tǒng)。本文具體就是對(duì)于二種太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)的分析比較的研究。1.1.2研究意義太陽(yáng)能發(fā)電供熱是利用太陽(yáng)能發(fā)電以后再通過(guò)電池儲(chǔ)能和電加熱系統(tǒng)為建筑物提供熱源的方式，而太陽(yáng)能熱儲(chǔ)和供熱的方式是直接將太陽(yáng)能加熱介質(zhì)，然后再通過(guò)熱介質(zhì)的循環(huán)將熱能供給建筑物。這兩種方式各有利弊，效率也不同。因此通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)相同的供熱系統(tǒng)，對(duì)比兩種的方式的效率和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)從而為太陽(yáng)能的供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供參考依據(jù)，并且為今后對(duì)于太陽(yáng)能發(fā)電供熱提供更加好的理論依據(jù)，促進(jìn)中國(guó)可再生能源相關(guān)的發(fā)展。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀對(duì)于光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能

12、供暖的系統(tǒng)效率分析這一方面的研究，國(guó)外還是相對(duì)比較早的，因?yàn)槟茉磫?wèn)題的限制，只有很好的發(fā)展研究這二種太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)，才能夠好的進(jìn)行可持續(xù)性發(fā)展，所以國(guó)外早早的就開(kāi)始了光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)效率的相關(guān)研究。國(guó)外著名的科學(xué)家Yumrutas與國(guó)外著名的科學(xué)家 Koska是世界上最早提出關(guān)于太陽(yáng)能供熱與儲(chǔ)熱供熱系統(tǒng)研究成果的科學(xué)家，在20世紀(jì)60年代就提出了太陽(yáng)能熱泵供暖系統(tǒng)，并且這個(gè)系統(tǒng)還具有一定的儲(chǔ)熱系統(tǒng)。隨后，國(guó)外著名的科學(xué)家Torres-Reyes提出了直膨式供暖系統(tǒng)；這個(gè)直膨式供暖系統(tǒng)得出了太陽(yáng)能集熱裝置的一些具體的參數(shù)，比如內(nèi)部冷媒介各項(xiàng)參數(shù)還有熱媒介各項(xiàng)參數(shù)。并且在這之后，國(guó)外著

13、名的科學(xué)家Penrod 提出了土壤源熱泵供暖系統(tǒng)，換句話說(shuō)也就是帶有土壤源熱泵的熱泵供暖系統(tǒng)。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀對(duì)于光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)效率分析這一方面的研究，國(guó)內(nèi)相對(duì)于國(guó)外來(lái)說(shuō)還是相對(duì)比較晚的，但是發(fā)展十分迅速，在光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)效率分析這一方面的研究，也是取得了非常多的成果。20世紀(jì)90年代末期的時(shí)候，中國(guó)發(fā)明了第一臺(tái)太陽(yáng)能熱水器，并且就現(xiàn)如今太陽(yáng)能熱水器而言不管是銷(xiāo)量還是口碑也在世界上名列前茅的。進(jìn)入21世紀(jì)之后，天津大學(xué)組織教授以及博士生碩士等研究學(xué)者，首先開(kāi)展了一些關(guān)于太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)的相關(guān)的模擬實(shí)驗(yàn)，證明了太陽(yáng)熱泵供暖系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題，可以不分季節(jié)的保持持續(xù)的

14、供暖。并且隨后，上海大學(xué)組織教授以及博士生碩士等研究學(xué)者，對(duì)于Torres-Reyes提出了直膨式供暖系統(tǒng)進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，在直膨式供暖系統(tǒng)增加了輔助熱源，這樣保證了直膨式供暖系統(tǒng)不會(huì)受到天氣狀況的影響，即使是在沒(méi)有太陽(yáng)的陰雨天氣也可以繼續(xù)供熱。1.3研究?jī)?nèi)容以及研究方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本文具體做了以下的研究首先從光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的研究背景還有研究意義出發(fā)，然后對(duì)于光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的一些國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了探討，并且闡述了一些本文用到的研究方法。接著對(duì)于光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的一些基礎(chǔ)理論知識(shí)進(jìn)行了解，對(duì)于具體光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)基本原理做了了解。然后

15、對(duì)于光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模分析，最后對(duì)于光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)的MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)，通過(guò)寫(xiě)這篇論文，讓讀者更加深入了解光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)方面的知識(shí)。同時(shí)也提高自己這方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。讓閱讀該論文的讀者提高對(duì)這方面事項(xiàng)的關(guān)注。1.3.2研究方法1.文獻(xiàn)法搜集和分析研究各種現(xiàn)存的有關(guān)光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的文獻(xiàn)資料，從中選取適合本文的信息，幫助完成調(diào)查研究目的。2.分析推算法通過(guò)上面方法收集到的資料，這里利用光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)建立的模型，進(jìn)行分析推算。3.實(shí)驗(yàn)法具體的進(jìn)行光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)，讓自己更加深入了解光電儲(chǔ)能

16、與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)方面的知識(shí)。第二章 光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的工作原理2.1太陽(yáng)能供熱與儲(chǔ)熱供熱系統(tǒng)介紹通常情況之下太陽(yáng)能供熱與儲(chǔ)熱供熱系統(tǒng)主要由三個(gè)組件組成，也就是太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)組件，還有蓄熱系統(tǒng)組件，以及供暖系統(tǒng)組件三個(gè)部分組成。具體的太陽(yáng)能供熱與儲(chǔ)熱供熱系統(tǒng)如下圖2-1太陽(yáng)能供熱與儲(chǔ)熱供熱系統(tǒng)工作原理圖所示：圖2-1太陽(yáng)能供熱與儲(chǔ)熱供熱系統(tǒng)工作原理圖主要的工作方式就是通過(guò)集熱系統(tǒng)吸收能量，然后集熱系統(tǒng)吸收的能量進(jìn)一步傳送給水箱，然后將熱量通過(guò)蓄熱系統(tǒng)組件將熱量?jī)?chǔ)存起來(lái)，最后通過(guò)釋放儲(chǔ)存起來(lái)的熱量達(dá)到供熱的目的。2.1.2光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的集熱器的工作原理集熱器的主要工作原理就是

17、吸收能量，然后集熱系統(tǒng)吸收的能量進(jìn)一步傳送給水箱然后達(dá)到了水箱內(nèi)水的升溫的目的。一般的集熱器如圖2-2集熱器所示：圖2-2集熱器示意圖一般的集熱器也是分為二種也就是平板太陽(yáng)能集熱器和真空管集熱器。1、平板太陽(yáng)能集熱器的工作原理 前一種集熱器的工作原理與后一種集熱器的工作原理比起來(lái)還是較為簡(jiǎn)單。平板式集熱器通俗的講，就是太陽(yáng)光將光能，傳遞給透明蓋板，然后透明蓋板將吸收到的光能進(jìn)一步傳遞給管表面的吸熱體。也就基本上實(shí)現(xiàn)了光能向熱能的轉(zhuǎn)換。并且平板式集熱器通俗的講可以分為四個(gè)模塊，分別是吸熱板模塊，還有透明蓋板模塊，以及隔熱層模塊，以及殼體模塊。2、真空管集熱器的工作原理 雖然說(shuō)前一種集熱器的工作原

18、理與后一種集熱器的工作原理比起來(lái)還是較為簡(jiǎn)單，但是，平板式集熱器的各項(xiàng)性能不及真空管集熱器。真空管集熱器工作原理比較復(fù)雜，他首先將玻璃的內(nèi)管還有外管的空間部分抽掉空氣變成真空，真空得環(huán)境可以保溫進(jìn)而可以達(dá)到達(dá)到防止吸收的熱量流失的作用，同時(shí)，在真空管集熱器的管內(nèi)壁涂有一些特定的涂層，同樣可以達(dá)到達(dá)到防止吸收的熱量流失的作用。但是真空管集熱器缺點(diǎn)也很多，比如真空管集熱器中的一根管有問(wèn)題，則那么后果是整個(gè)真空管集熱器都將暫停工作。具體的真空管集熱器示意圖如圖2-3真空管集熱器示意圖所示：圖2-3真空管集熱器示意圖其中：1表示真空管集熱器玻璃管內(nèi)層；2表示真空管集熱器玻璃管外層；3表示真空管集熱器選

19、擇性吸收層；4表示真空管集熱器真空層；5表示真空管集熱器彈簧卡和消氣劑。2.1.3光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的蓄熱系統(tǒng)的工作原理一般來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能蓄熱裝置大體上可以分成短期蓄熱蓄熱裝置以及中期蓄熱裝置還有長(zhǎng)期蓄熱裝置等?，F(xiàn)今，用的最多的還是短期蓄熱，中期蓄熱仍有用但是不多，而長(zhǎng)期蓄熱實(shí)踐性有待提高。同時(shí)蓄熱裝置由于其材料不同大體上也可以分成潛熱蓄熱裝置與顯熱蓄熱蓄熱裝置。顯熱蓄熱系統(tǒng)的工作原理主要利用相變蓄熱系統(tǒng)內(nèi)在相關(guān)的的物理變化，采用一些有著特殊性質(zhì)的的物質(zhì)比如液態(tài)水；進(jìn)而進(jìn)一步的使得這種特殊性質(zhì)的的物質(zhì)來(lái)對(duì)外界進(jìn)行具體的吸熱與具體的放熱的過(guò)程。潛熱蓄熱系統(tǒng)的工作原理則是通過(guò)一些特殊的相變材料進(jìn)行相

20、關(guān)的相變反應(yīng)，使得相變反應(yīng)產(chǎn)生一定的熱量。二者比起來(lái)的話，后一種蓄熱裝置相對(duì)于前一種的蓄熱裝置來(lái)說(shuō)成本較大，并且潛熱蓄熱系統(tǒng)的技術(shù)要求也相對(duì)復(fù)雜。但因潛熱蓄熱系統(tǒng)的貯存時(shí)間長(zhǎng)，并且潛熱蓄熱系統(tǒng)的貯存熱量多被大眾所青睞。2.1.4 光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)供暖系統(tǒng)的工作原理這里我們的供暖系統(tǒng)采用的是新風(fēng)供暖系統(tǒng)，同樣他也是三部分組成，分別是新風(fēng)供暖系統(tǒng)風(fēng)機(jī)盤(pán)管組還有新風(fēng)供暖系統(tǒng)風(fēng)機(jī)管以及新風(fēng)供暖系統(tǒng)風(fēng)機(jī)閥。新風(fēng)供暖系統(tǒng)具體的工作原理也是非常簡(jiǎn)單的，也就是將新風(fēng)進(jìn)行一定的處理，使得它新風(fēng)口引入，通過(guò)處理后的新風(fēng)通過(guò)風(fēng)機(jī)盤(pán)管加熱并且吹入屋內(nèi)。達(dá)到供暖的目的。2.2太陽(yáng)能發(fā)電加儲(chǔ)電供熱系統(tǒng)的工作原理通常情況

21、之下太陽(yáng)能發(fā)電加儲(chǔ)電供熱系統(tǒng)同樣的由三各組件組成，也就是太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)組件，還有蓄熱系統(tǒng)組件，以及供暖系統(tǒng)組件三個(gè)部分組成。2.2.1光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的集熱發(fā)電系統(tǒng)的工作原理太陽(yáng)能發(fā)電加儲(chǔ)電供熱系統(tǒng)的集熱系統(tǒng)采用的是半導(dǎo)體所含有的的光電效應(yīng)，吸收光照射到太陽(yáng)能發(fā)電加儲(chǔ)電供熱系統(tǒng)的集熱系統(tǒng)得金屬之上，其中的光子可以被金屬之中的具體的某一個(gè)電子給全部吸收，當(dāng)金屬之中的某個(gè)電子吸收的能量已經(jīng)達(dá)到了一定的程度的時(shí)候，此時(shí)能量達(dá)到一定的限度的電子就能夠克服金屬內(nèi)部存在的固定的一些引力進(jìn)行做功，從而這些電子就能從金屬的表面之中做功逃逸出來(lái)，發(fā)展為光電子。半導(dǎo)體所含有的的光電子的外層電子，只要不是4個(gè)，就

22、會(huì)發(fā)展成為N型半導(dǎo)體或者P型半導(dǎo)體，當(dāng)把二種半導(dǎo)體結(jié)合在一起的時(shí)候，就會(huì)形成電勢(shì)差，也就是我們這里所說(shuō)的太陽(yáng)能電池。具體的太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的集熱系統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)示意圖如下圖2-4所示：圖2-4太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的集熱系統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)示意圖2.2.2光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的蓄熱系統(tǒng)的工作原理在夜間或光照不足的情況下，采用蓄熱系統(tǒng)儲(chǔ)存的熱量作為供熱的熱源。這里采用的蓄熱方式是利用電能加熱水，然后石質(zhì)材料和熱水之間的流動(dòng)機(jī)理，實(shí)現(xiàn)水的層流流動(dòng)，從而達(dá)到太陽(yáng)能發(fā)電加儲(chǔ)電供熱系統(tǒng)蓄熱得目的，進(jìn)而才能實(shí)現(xiàn)持續(xù)的供暖。并且這里的電能也可以部分用蓄電池儲(chǔ)存起來(lái)，作為一直待用的輔助熱源。具體的太陽(yáng)能發(fā)電加儲(chǔ)電供熱系統(tǒng)的蓄熱系統(tǒng)如

23、下圖2-5太陽(yáng)能發(fā)電加儲(chǔ)電供熱系統(tǒng)的蓄熱系統(tǒng)示意圖所示：圖2-5太陽(yáng)能發(fā)電加儲(chǔ)電供熱系統(tǒng)的蓄熱系統(tǒng)示意圖2.2.3 光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)供暖系統(tǒng)的工作原理由于這里我們?cè)O(shè)計(jì)的加熱，所以和光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)供暖系統(tǒng)的工作原理肯定不一樣的，因?yàn)槲覀儾豢赡苡秒娂訜犸L(fēng)，我們采用的水供暖，用電加熱水，然后用熱水的流動(dòng)來(lái)達(dá)到供暖的目的。第三章 光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的建模分析3.1 光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型3.1.1 光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)集熱器的數(shù)學(xué)模型在太陽(yáng)能光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)中，具體的集熱效率是高是低對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)是否能夠正常運(yùn)行對(duì)于太陽(yáng)能光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)有著至關(guān)重要的意義。因此，研究集熱器內(nèi)部熱媒

24、介的對(duì)流方式能夠精準(zhǔn)的知道對(duì)于后續(xù)系統(tǒng)中各個(gè)口的溫度。下圖3-1即為集熱器的對(duì)流過(guò)程：圖3-1集熱器的對(duì)流過(guò)程這里依據(jù)相關(guān)的熱力學(xué)第一定律，可以得到集熱器內(nèi)部的具體的能量守恒的公式： （3-1）根據(jù)相關(guān)的牛頓第一定律我們可以進(jìn)一步得到再具體的自然對(duì)流過(guò)程中得一個(gè)流量平衡方程： （3-2）其中：可以表示為太陽(yáng)管輻射具體的強(qiáng)度； 可以表示為室外空氣進(jìn)口時(shí)候具體的溫度；可以表示為集熱器進(jìn)口時(shí)候具體的溫度；可以表示為集熱器出口時(shí)候具體的溫度；Mc 可以表示為集熱器內(nèi)部的熱媒介的具體的質(zhì)量流量。從公式 3-1 與 公式3-2 可以具體的計(jì)算出各個(gè)進(jìn)出口的溫度以及集熱器內(nèi)部的熱媒介的具體的傳熱工質(zhì)的流量。

25、3.1.2 光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)蓄熱裝置的模型建立太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)可以說(shuō)每個(gè)部分都具體的含有每個(gè)部分的作用。那么對(duì)于太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)能量的儲(chǔ)存來(lái)說(shuō)，則需要太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)的蓄熱裝置來(lái)進(jìn)行。并且在本文所研究的相變蓄熱裝置中，主要的組成部分就是板狀蓄熱體與水，因此熱交換也在相變蓄熱裝置中的板狀蓄熱體與水之間進(jìn)行，因此，需對(duì)相變蓄熱裝置中的板狀蓄熱體以及相變蓄熱裝置中的水建立相應(yīng)工作方程式。具體的相變蓄熱裝置如圖3-2相變蓄熱裝置所示：圖3-2相變蓄熱裝置在相變蓄熱裝置的蓄熱體部分建模分析： （3-3）在相變蓄熱裝置的熱媒介部分建模分析： （3-4）邊界條件：相變蓄熱裝置的熱媒介的具體的進(jìn)水溫度以及流量不固

26、定建模分析： （3-5）其中，uf具體表示的是熱媒介的流速單位為m/s；指的是相變蓄熱裝置中的具體的進(jìn)口溫度單位是攝氏度。在某些特殊的情況下，并且我們可以的具體的二個(gè)等式： （3-6） （3-7）當(dāng)潛熱蓄熱裝置在剛剛開(kāi)始的時(shí)候的狀態(tài)時(shí)，此時(shí)潛熱蓄熱裝置內(nèi)的蓄熱體內(nèi)的溫度將保持單一，可以得到等式3-8： （3-8）其中：t0具體指的是潛熱蓄熱裝置剛剛開(kāi)始的時(shí)候的狀態(tài)時(shí)溫度。對(duì)流換熱系數(shù)的計(jì)算公式： （3-9）其中：根據(jù)式3-9中式子的， f 是導(dǎo)熱系數(shù)；式中 Nup 指的是潛熱蓄熱體與熱媒介的努謝爾特殊；式中 b 指的是潛熱蓄熱裝置中蓄熱體寬度。通過(guò)以上幾式3-3到式子3-9，我們可以求出具體的

27、相變蓄熱裝置之中相變體的具體的出口溫度。3.1.3 光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的板式換熱模型的建立在光熱儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)的集熱以及供暖系統(tǒng)的蓄熱還有供暖系統(tǒng)的供暖三個(gè)模塊之間有一個(gè)核心的東西那就是熱交換。下面我們將建立熱交換的模塊的模型，下面具體的畫(huà)出了水-水板式換熱器的具體的模型見(jiàn)圖3-3水-水板式換熱器示意圖：圖3-3水-水板式換熱器示意圖如上圖3-3水-水板式換熱器示意圖所示,該換熱器具體可以說(shuō)是上下兩個(gè)部分，分別處于換熱器的一次側(cè)與換熱器的二次側(cè)。一般情況下，水-水板式換熱器的具體的一次側(cè)和光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的集熱器相連，通過(guò)光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的集熱器將熱量傳遞給二次側(cè)，在通過(guò)二次側(cè)的熱量具體的輸

28、送蓄熱裝置中，將蓄起來(lái)的能量輸送到蓄熱裝置中。通過(guò)上面圖3-3水-水板式換熱器示意圖描述的過(guò)程，我們可以得到公式3-10到公式3-12： （3-10） （3-11） （3-12）其中：Q1 具體為板換一次側(cè)時(shí)候的能量；Q2 具體為板換二次側(cè)時(shí)候的能量；Cp1 具體為板換一次側(cè)時(shí)候的比熱；Cp2 具體為板換二次側(cè)時(shí)候的比熱。3.2 光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型3.2.1光學(xué)模式數(shù)學(xué)模型對(duì)于一般的光學(xué)模型的具體構(gòu)造而言，本文是基于凈輻射的一種相關(guān)的計(jì)算方法。我們可以在在各個(gè)界面列出相關(guān)的凈輻射的平衡方程。具體能量方程如下式子（3-13）到式子（3-16）所示： （3-13） （3-14） （3-1

29、5） （3-16）其中，式子（3-13）中的反射系數(shù)R 1,2 具體是由菲涅爾方程求出來(lái)的： （3-17）不同的角度具體是由斯內(nèi)爾定律求出來(lái)的： （3-18）從式子（3-13）到式子（3-16）的不同的變量的關(guān)系可以用下面的示意圖來(lái)表示，具體如圖3-4玻璃內(nèi)部界面能量具體流向情況示意圖所示：圖3-4玻璃內(nèi)部界面能量具體流向情況示意圖3.2.2熱學(xué)模式數(shù)學(xué)模型這里我們假設(shè)光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的熱學(xué)模式數(shù)學(xué)模型是一個(gè)穩(wěn)定的過(guò)程，那么我們可以的帶熱傳遞關(guān)系如下圖3-5熱學(xué)模式模型內(nèi)部構(gòu)成所示：圖3-5熱學(xué)模式模型內(nèi)部構(gòu)成具體熱學(xué)方面的能量平衡等的一些關(guān)系，可以建立方程如下式子（3-19）到式

30、子（3-23）所示： （3-19） （3-20） （3-21） （3-22） （3-23）其中，。根據(jù)式子（3-19）到式子（3-23）所示，其中的溫度變量一共有6個(gè)未知的溫度變量，而我們建立的方程只有五個(gè)，因此我們需要依據(jù)霍特爾惠勒相關(guān)的定理繼續(xù)建立一個(gè)霍特爾惠勒方程組，來(lái)解決實(shí)際的問(wèn)題進(jìn)而求而出6個(gè)未知的溫度變量。具體的霍特爾惠勒方程組為式子（3-24） （3-24）3.3光電效應(yīng)模型這些電子從金屬的表面之中做功逃逸出來(lái)的逸出功與其對(duì)應(yīng)的極限頻率v0之間的關(guān)系為W=h*v0 （3-25）其中，h具體表示為普朗克常量，v0表示為此時(shí)的頻率，W表示此時(shí)具體含有的能量。從金屬的表面之中做功逃逸出

31、來(lái)的光電子的最大動(dòng)能 Kmax 為（3-26）所示：Kmax=hv-W=h（v-v0） （3-26）從上面的式子可以看出來(lái)，在實(shí)際物理要求之中，必須要求的是是正值，因此，并且最重要的是光頻率必須大于或等于極限頻率，滿(mǎn)足這樣的條件的時(shí)候光電效應(yīng)才能發(fā)生，才能產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，變成光電電池。第四章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一個(gè)100平方米面積和高為3米即大約為300立方米體積的建筑物太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)。室外溫度零下20度，室內(nèi)溫度不低于20度，房屋隔熱系統(tǒng)按一般民用建筑標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。4.1 光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)太陽(yáng)能光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)主要由光熱儲(chǔ)能集熱系統(tǒng)、光熱儲(chǔ)能蓄熱系統(tǒng)、光熱儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)組成，根

32、據(jù)上面的要求我們可以選擇系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)以及根據(jù)前面建立的一些模我們可以算出的各項(xiàng)參數(shù)具體如下所示：1、 光熱儲(chǔ)能集熱系統(tǒng)的集熱裝置采取面朝南，集熱傾角 55 度，集熱面積 45m 2、 光熱儲(chǔ)能蓄熱系統(tǒng)的蓄熱材料填充質(zhì)量為 50kg，填充率為 51%，光熱儲(chǔ)能蓄熱系統(tǒng)蓄熱裝置實(shí)際的蓄熱量144.6 k J/kg、光熱儲(chǔ)能蓄熱系統(tǒng)蓄熱裝置實(shí)際的的溫度 52，光熱儲(chǔ)能蓄熱系統(tǒng)熱媒介實(shí)際初始的溫度為 20，光熱儲(chǔ)能蓄熱系統(tǒng)在蓄熱時(shí)候貯存熱量時(shí)的流量為 1.8 m 3 /h，在蓄熱時(shí)候放熱的流量為1.4 m 3 /h。3、光熱儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)之中供暖末端的進(jìn)風(fēng)實(shí)際溫度 35 度左右，進(jìn)水側(cè)的流量實(shí)際是 1

33、.4m 3 /h作用，進(jìn)風(fēng)側(cè)量實(shí)際為 1000m 3 /h左右。具體的設(shè)計(jì)圖如下圖4-1所示：圖4-1 光熱儲(chǔ)能集熱系統(tǒng)的簡(jiǎn)易示意圖其中： m1 代表的是光熱儲(chǔ)能集熱系統(tǒng)之中具體的流體流量單位kg/s；tg1，tg2，tg3 代表的是再具體的管道傳輸熱時(shí)候媒介經(jīng)過(guò)管道后的實(shí)際的溫度單位；tmix 為匯流混合后的實(shí)際的溫度單位；m2p 為光熱儲(chǔ)能蓄熱系統(tǒng)之中流體實(shí)際的流量單位kg/s；tinp 為光熱儲(chǔ)能蓄熱系統(tǒng)之中進(jìn)口溫度單位；toutp 為光熱儲(chǔ)能蓄熱系統(tǒng)之中出口溫度單位。4.2 光電儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)上面的要求我們可以選擇系統(tǒng)的光電儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)以及根據(jù)前面建立的一些模我們可以算

34、出的光電儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)具體如下所示：1、 本文所選用的光伏電池的型號(hào)是6GFMJ-33型，參數(shù)為：額定電壓：12V 10h率容量（Ah）：33Ah；參考內(nèi)阻：8.5歐等。2、儲(chǔ)熱系統(tǒng)及供熱負(fù)荷采暖期汽輪發(fā)電機(jī)組循環(huán)冷卻水的供熱能力為51kJ/h，為滿(mǎn)足24h供熱要求，輔助熱源供熱系統(tǒng)對(duì)外供熱能力為 17kJ/h3、光電儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)之中供暖末端的進(jìn)風(fēng)實(shí)際溫度 35 度左右，進(jìn)水側(cè)流量實(shí)際是 1.4m 3 /h作用。具體的設(shè)計(jì)圖如下圖4-2光電儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)示意圖所示：圖4-2光電儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)示意圖4.3光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)太陽(yáng)能光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)主要由光熱儲(chǔ)能集熱系統(tǒng)、光熱儲(chǔ)能蓄熱系

35、統(tǒng)、光熱儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)組成，根據(jù)上面的要求我們可以選擇系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)以及根據(jù)前面建立的一些模我們可以算出的各項(xiàng)參數(shù)，以及第三章我們建立的太陽(yáng)能光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)各種數(shù)學(xué)模型，對(duì)于上面的具體設(shè)計(jì)我們進(jìn)行了具體的仿真設(shè)計(jì)，具體的仿真圖如下圖4-3光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)圖所示：圖4-3光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)圖如上圖4-3光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)圖所示，我們復(fù)雜的實(shí)際模型進(jìn)行了簡(jiǎn)單的MATLAB的各個(gè)元件的簡(jiǎn)單替換，使得我們可以得到具體的反震結(jié)果。并且本文進(jìn)行了具體的仿真運(yùn)行，仿真的結(jié)果圖具體如下圖4-4太陽(yáng)能光熱儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)的結(jié)果圖所示：圖4-4太陽(yáng)能光熱儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)的結(jié)果圖如圖4-4

36、太陽(yáng)能光熱儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)的結(jié)果圖所示，其中縱坐標(biāo)的溫度的每一個(gè)單元格代表5攝氏度，橫坐標(biāo)的每一個(gè)單元格代表1*10000秒?？梢?jiàn)在中午的時(shí)候太陽(yáng)能光熱儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)的結(jié)果的供暖溫度大概都可以達(dá)到20度以上并且溫度最高的時(shí)候還可以達(dá)到35攝氏度。4.4 光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)太陽(yáng)能光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)主要由光電儲(chǔ)能集熱系統(tǒng)、光電儲(chǔ)能蓄熱系統(tǒng)、光電儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)組成，根據(jù)上面的要求我們可以選擇系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)以及根據(jù)前面建立的一些模我們可以算出的各項(xiàng)參數(shù)，以及第三章我們建立的太陽(yáng)能光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)各種數(shù)學(xué)模型，對(duì)于上面的具體設(shè)計(jì)我們進(jìn)行了具體的仿真設(shè)計(jì)，具體的仿真圖如下圖4-5光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的仿

37、真設(shè)計(jì)圖所示：圖4-5光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)圖仿真的結(jié)果圖具體如下圖4-6太陽(yáng)能光電儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)的結(jié)果圖所示：圖4-6太陽(yáng)能光電儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)如圖4-6太陽(yáng)能光電儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)的結(jié)果圖所示，其中縱坐標(biāo)的溫度的每一個(gè)單元格代表5攝氏度，橫坐標(biāo)的每一個(gè)單元格代表1*10000秒?？梢?jiàn)不僅是在中午的時(shí)候太陽(yáng)能光熱儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)的結(jié)果的供暖溫度大概都可以達(dá)到20度以上，幾乎一整天平局溫度都在20度以上，并且溫度最高的時(shí)候也同樣可以達(dá)到35攝氏度，并且持續(xù)在最高溫度35攝氏度的時(shí)間段遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于太陽(yáng)能光熱儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)。4.5光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)與光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的比較1、光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)與光電儲(chǔ)能供暖的系

38、統(tǒng)比起來(lái)，從上面的仿真結(jié)果圖來(lái)看，加熱效果很明顯沒(méi)有光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)好，達(dá)到既定溫度時(shí)間沒(méi)有光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)快，在既定溫度時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間沒(méi)有光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)久，最高溫度差不多，整體的供暖效果光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)比光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)稍微差一些。2、光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)與光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)比起來(lái)，但是比較經(jīng)濟(jì)，成本比較低，節(jié)約時(shí)間成本。3、光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)與光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)比起來(lái)，能量損耗較大，直接用熱能加熱，中間過(guò)程耗散的熱能比較大。4、光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)與光電儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)比起來(lái)，安裝起來(lái)也更為簡(jiǎn)單，方便。第五章 總結(jié)與展望5.1結(jié)論太陽(yáng)能發(fā)電供熱是利用太陽(yáng)能發(fā)電以后再通過(guò)電池儲(chǔ)能和電

39、加熱系統(tǒng)為建筑物提供熱源的方式，而太陽(yáng)能熱儲(chǔ)和供熱的方式是直接將太陽(yáng)能加熱介質(zhì)，然后再通過(guò)熱介質(zhì)的循環(huán)將熱能供給建筑物。這兩種方式各有利弊，效率也不同。因此通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)相同的供熱系統(tǒng)，對(duì)比兩種的方式的效率和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)從而為太陽(yáng)能的供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供參考依據(jù)，并且為今后對(duì)于太陽(yáng)能發(fā)電供熱提供更加好的理論依據(jù)，促進(jìn)中國(guó)可再生能源相關(guān)的發(fā)展，本文具體做了以下的研究（1） 首先從光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的研究背景還有研究意義出發(fā)，然后對(duì)于光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的一些國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了探討，并且闡述了一些本文用到的研究方法。（2） 接著對(duì)于光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的一些基礎(chǔ)理論知識(shí)進(jìn)行了解，對(duì)于具體光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)基本原理做了了解測(cè)。（3）然后光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模分析，最后對(duì)于光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)的MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)，通過(guò)寫(xiě)這篇論文，讓讀者更加深入了解光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)方面的知識(shí)。同時(shí)也提高自己這方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。讓閱讀該論文的讀者提高對(duì)這方面事項(xiàng)的關(guān)注。5.2展望由于時(shí)間和條件的限制，本文所設(shè)計(jì)的光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)也不盡完善，存在著許多的不足之處，在未來(lái)對(duì)光電儲(chǔ)能與光熱儲(chǔ)能供暖的系統(tǒng)的更加深入研究中，