光伏热PVT与地源热泵耦合系统的经验验证

太阳能光伏热（PVT）和地源热泵（GSHP）的结合可以成为建筑供热、制冷和发电脱碳的一个很有前途的途径。然而，结合这两种技术的概念仍处于商业化的早期阶段。作为一个正在进行的为期4年的研究项目的一部分，数值建模技术已被应用于开发一个专门为热泵集成而设计的数字优化的PVT集热器原型。本研究的目的是通过在斯德哥尔摩的一个室外实验室进行的实验，用商业上可获得的鳍状PVT收集器来验证这些模型。热和电输出测量一系列的低入口流体温度与不同的流量，环境温度，太阳辐照度和风速。编译 陈讲运

电输出和热输出的R2值分别为0.99和0.89，表明数值模型可以较确定地预测集电极的真实性能。性能结果表明，所研究的PVT集热器和1000 W/m2的太阳照射下，该集热器可以产生800 W/m2的热能。即使在200 W/m2的低辐照度下，也可以达到20 K的350 W/m2的比热输出。

结论

本文提出的分析表明，数值模型的片和管PVT收集器与鳍专门为热泵集成，符合经验数据与R2值超过88%的主要三个输出参数：出口温度、热输出和电输出。然而，出口温度和热功率的MAE还需要进一步讨论。

首先，在实验中测量了整个集热器阵列的热输出，然后除以14来计算一个集热器的值，但在模型中只考虑了两个集热器。假设所有的收集器都产生相同的功率，尽管最可能的是，入口温度最低的子阵列产生比以下子阵列更高的热输出，这是由于入口温度和环境之间的更高温差，增强了从周围空气的热捕获。虽然这可能是验证单个收集器的限制，因为预计PVT几乎总是安装在数组中，这里使用的方法捕获单个收集器之间的差异，如果只使用单个样本，可能会错过这些差异。

本研究没有考虑冷凝效应，当入口温度与露点温度之差较高时，这可能是一个重要的问题。然而，在实验过程中，在PVT收集器的后侧没有观察到大量的冷凝，因此它不被认为是所研究的数据范围的一个关键的建模方面。

重要的是要强调，即使最高的热输出获得的测量是368 W/m2，基于性能曲线的模拟验证的数值模型，热输出片和管PVT收集器鳍可以超过两倍以上。例如，这种情况可能发生，当钻孔现场的盐水温度低于-5°C时，环境温度为25°C，太阳辐照度为1000 W/m2。虽然这不是一种常见的情况，但这是可能的，并有助于设置可以从收集器中提取的热量的上限。然而，即使在低辐照水平下，PVT集热器也可以作为空气-水热交换器工作，实现超过300 W/m2的比热输出。在目前正在进行同行评审的一项研究中，添加鳍比增加从空气中捕获的热量增加了高达60 %。

鳍状设计仍然相对独特，是PVT设计的一个发展部分。这项工作建立在知识的基础上，通过描述PVT热泵系统的性能和潜力的PVT热泵系统，通过描述一个经验验证的数值模型。在鳍状PVT收集器开发和全系统分析（如TRNSYS）中的分析模型方面的进一步工作可以使用COMSOL来告知，从而减少时间和精力。未来的工作将量化完整的PVT+HP系统性能和鳍状收集器提供的好处。

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