用于聚光光伏光热系统的非稳态模拟方法、系统及其应用技术方案

本发明专利技术属于太阳能光伏光热性能模拟技术领域，公开了一种用于聚光光伏光热系统的非稳态模拟方法、系统及其应用；所述非稳态模拟方法包括：基于预设划分标准，将获取的模拟时间范围划分为多个时间段，并获取每个时间段的气象条件数据；对于获取的多个时间段中每个时间段，将系统能量平衡方程中的参数进行初始化，并根据时间段的气象条件数据对系统能量平衡方程进行计算，获得时间段内CPV/T系统性能结果；将所有时间段内CPV/T系统性能结果按时间先后排序，获得随时间变化的非稳态模拟系统性能结果。本发明专利技术通过考虑热交换部件的温度变化对系统输出性能的影响，能够对CPV/T系统的输出性能做出更为精确的预测。出性能做出更为精确的预测。出性能做出更为精确的预测。

【技术实现步骤摘要】
用于聚光光伏光热系统的非稳态模拟方法、系统及其应用


[0001]本专利技术属于太阳能光伏光热性能模拟
，特别涉及一种用于聚光光伏光热系统的非稳态模拟方法、系统及其应用。

技术介绍

[0002]聚光光伏光热系统(CPV/T)具有高效率、低成本的优点，受到了光伏领域的广大关注。在CPV/T系统研究过程中，为了能够对系统的光伏光热性能进行预测，常常利用各部件之间的能量平衡关系建立稳态模型进行研究，稳态模型的模拟结果能够较好的与实验结果结合对照。
[0003]目前，由于现有常规稳态模型不考虑系统结构的温度变化给系统性能带来的影响，导致模拟结果不够精确；进一步解释性的，尤其是在系统刚开机以及关机时刻附近，稳态模拟结果与实验结果相差较大。具体示例性的，例如光伏玻璃、光伏组件、集热器等的温度变化带来的影响。
[0004]综上，鉴于上述现有技术中存在的技术缺陷，亟需一种新的精确性较高的性能模拟方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种用于聚光光伏光热系统的非稳态模拟方法、系统及其应用，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本专利技术提供的技术方案中，通过考虑热交换部件的温度变化对系统输出性能的影响，能够对CPV/T系统的输出性能做出更为精确的预测。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术第一方面提供的一种用于聚光光伏光热系统的非稳态模拟方法，包括：
[0008]基于预设划分标准，将获取的模拟时间范围划分为多个时间段，并获取每个时间段的气象条件数据；
[0009]对于获取的多个时间段中每个时间段，将系统能量平衡方程中的参数进行初始化，并根据时间段的气象条件数据对系统能量平衡方程进行计算，获得时间段内聚光光伏光热系统CPV/T系统性能结果；其中，所述系统能量平衡方程是根据聚光光伏光热系统CPV/T系统各个部件之间的能量传递关系，并考虑光伏组件、光伏玻璃以及集热器结构的温度变化获得；
[0010]将所有时间段内聚光光伏光热系统CPV/T系统性能结果按时间先后排序，获得随时间变化的非稳态模拟系统性能结果。
[0011]本专利技术的进一步改进在于，所述系统能量平衡方程表示为，
[0012]Φ
ms
＝Φ1+Φ2+Φ3+Φ4+Φ5+Q
output
+E
s
；
[0013]式中，Φ
ms
为光伏电池所吸收的太阳辐照能量强度；Φ1为光伏电池和光伏玻璃的热量变化；Φ2为集热器结构随温度变化的热能变化；Φ3为系统中存留的换热水工质随平均
温度变化的热能变化；Φ4为对流换热损失；Φ5为系统辐射热损失；Q
output
为聚光光伏光热系统CPV/T综合利用单元光热输出功率；E
s
为聚光光伏光热系统CPV/T综合利用单元输出的光伏电力；
[0014]所述系统能量平衡方程中，
[0015][0016]式中，M
s
为光伏电池质量；M
g
为光伏玻璃质量；C
s
为光伏电池比热容；C
g
为光伏玻璃比热容；T
s
为光伏电池和光伏玻璃温度；
[0017][0018]式中，M
t
为集热器质量；C
t
为集热器的比热容；T
t
为集热器温度。
[0019]本专利技术的进一步改进在于，所述将系统能量平衡方程中的参数进行初始化的步骤包括：
[0020]设定系统入口换热水工质温度和系统换热水工质质量流率；设定系统中光伏电池、光伏玻璃的平均温度与环境温度保持一致，设定集热器通道、系统中存留的换热水工质与系统入口换热水工质温度保持一致；
[0021]假定光伏电池和光伏玻璃的平均温度相等，集热器通道和系统中存留的换热水工质的温度相等；假定光伏电池的温度分布为沿换热水工质流动方向的线性分布；假定系统中存留的换热水工质的温度的平均值为系统入口换热水工质温度、系统出口换热水工质温度的平均值，且假定系统中存留的换热水工质的温度分布为沿着换热水工质流动方向线性分布。
[0022]本专利技术的进一步改进在于，
[0023]对于第n个时间段，1≤n≤m，m为时间段总个数；
[0024]所述根据时间段的气象条件数据对系统能量平衡方程进行计算，获得时间段内聚光光伏光热系统CPV/T系统性能结果的步骤包括：
[0025]获取第n
‑
1个时间段的光伏电池平均温度如果n＝1，则光伏电池平均温度与环境温度一致；基于统中光伏电池的温度分布为沿换热水工质流动方向的线性分布，分别计算系统中每个聚光光伏光热系统CPV/T单元中光伏电池的温度，并将温度数据带入基于Lambert W函数的不同温度聚光光伏光热系统CPV/T综合利用单元串联数值计算模型，根据温度数据计算系统中各个光伏组串的光电功率，并求和得到系统光电输出总能量E
sn
；
[0026]基于系统光电输出总能量E
sn
，基于下式计算获取系统对外输出的光热能量Q
outputn
；Φ
6n
＝Φ
1n
+Φ
2n
+Φ
3n
+Q
outputn
＝Φ
msn
‑
E
sn
‑
Φ
4n
‑
Φ
5n
；式中，Φ
1n
为系统光伏电池、光伏玻璃平均温度变化所吸收或放出的能量；Φ
2n
为集热器平均温度变化所吸收或放出的能量；Φ
3n
为系统中存留换热水工质温度变化所吸收或放出的能量；Φ
msn
为单位时间内光伏电池所吸收的有效太阳辐照能量；Φ
4n
为系统对流热损失；Φ
5n
为辐射热损失；
[0027]基于第n个时间段的气象条件数据和系统对外输出的光热能量Q
outputn
，得到系统出口处换热水工质的温度T
outn
，并计算出系统中存留的换热水工质的平均温度
[0028]基于系统中存留换热水工质的平均温度计算获得系统光伏电池的平均温度
[0029]输出系统光电输出总能量E
sn
、系统对外输出的光热能量Q
outputn
、系统出口处换热水工质的温度T
outn
、系统中存留的换热水工质的平均温度集热器平均温度、系统光伏电池的平均温度光伏玻璃平均温度；其中，集热器平均温度与系统中存留的换热水工质的平均温度相等，光伏玻璃平均温度与系统光伏电池的平均温度相等。
[0030]本专利技术第二方面提供的一种用于聚光光伏光热系统的非稳态模拟系统，包括：
[0031]分段及数据获取模块，用于基于预设划分标准本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于聚光光伏光热系统的非稳态模拟方法，其特征在于，包括：基于预设划分标准，将获取的模拟时间范围划分为多个时间段，并获取每个时间段的气象条件数据；对于获取的多个时间段中每个时间段，将系统能量平衡方程中的参数进行初始化，并根据时间段的气象条件数据对系统能量平衡方程进行计算，获得时间段内聚光光伏光热系统CPV/T系统性能结果；其中，所述系统能量平衡方程是根据聚光光伏光热系统CPV/T系统各个部件之间的能量传递关系，并考虑光伏组件、光伏玻璃以及集热器结构的温度变化获得；将所有时间段内聚光光伏光热系统CPV/T系统性能结果按时间先后排序，获得随时间变化的非稳态模拟系统性能结果。2.根据权利要求1所述的一种用于聚光光伏光热系统的非稳态模拟方法，其特征在于，所述系统能量平衡方程表示为，Φ
ms
＝Φ1+Φ2+Φ3+Φ4+Φ5+Q
output
+E
s
；式中，Φ
ms
为光伏电池所吸收的太阳辐照能量强度；Φ1为光伏电池和光伏玻璃的热量变化；Φ2为集热器结构随温度变化的热能变化；Φ3为系统中存留的换热水工质随平均温度变化的热能变化；Φ4为对流换热损失；Φ5为系统辐射热损失；Q
output
为聚光光伏光热系统CPV/T综合利用单元光热输出功率；E
s
为聚光光伏光热系统CPV/T综合利用单元输出的光伏电力；所述系统能量平衡方程中，式中，M
s
为光伏电池质量；M
g
为光伏玻璃质量；C
s
为光伏电池比热容；C
g
为光伏玻璃比热容；T
s
为光伏电池和光伏玻璃温度；式中，M
t
为集热器质量；C
t
为集热器的比热容；T
t
为集热器温度。3.根据权利要求1所述的一种用于聚光光伏光热系统的非稳态模拟方法，其特征在于，所述将系统能量平衡方程中的参数进行初始化的步骤包括：设定系统入口换热水工质温度和系统换热水工质质量流率；设定系统中光伏电池、光伏玻璃的平均温度与环境温度保持一致，设定集热器通道、系统中存留的换热水工质与系统入口换热水工质温度保持一致；假定光伏电池和光伏玻璃的平均温度相等，集热器通道和系统中存留的换热水工质的温度相等；假定光伏电池的温度分布为沿换热水工质流动方向的线性分布；假定系统中存留的换热水工质的温度的平均值为系统入口换热水工质温度、系统出口换热水工质温度的平均值，且假定系统中存留的换热水工质的温度分布为沿着换热水工质流动方向线性分布。4.根据权利要求1所述的一种用于聚光光伏光热系统的非稳态模拟方法，其特征在于，对于第n个时间段，1≤n≤m，m为时间段总个数；
所述根据时间段的气象条件数据对系统能量平衡方程进行计算，获得时间段内聚光光伏光热系统CPV/T系统性能结果的步骤包括：获取第n
‑
1个时间段的光伏电池平均温度如果n＝1，则光伏电池平均温度与环境温度一致；基于统中光伏电池的温度分布为沿换热水工质流动方向的线性分布，分别计算系统中每个聚光光伏光热系统CPV/T单元中光伏电池的温度，并将温度数据带入基于Lambert W函数的不同温度聚光光伏光热系统CPV/T综合利用单元串联数值计算模型，根据温度数据计算系统中各个光伏组串的光电功率，并求和得到系统光电输出总能量E
sn
；基于系统光电输出总能量E
sn
，基于下式计算获取系统对外输出的光热能量Q
outputn
；Φ
6n
＝Φ
1n
+Φ
2n
+Φ
3n
+Q
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‑
E
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‑
Φ
4n
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Φ
5n
；式中，Φ
1n
为系统光伏电池、光伏玻璃平均温度变化所吸收或放出的能量；Φ
2n
为集热器平均温度变化所吸收或放出的能量；Φ
3n
为系统中存留换热水工质温度变化所吸收或放出的能量；Φ
msn
为单位时间内光伏电池所吸收的有效太阳辐照能量；Φ
4n
为系统对流热损失；Φ
5n
为辐射热损失；基于第n个时间段的气象条件数据和系统对外输出的光热能量Q
outputn
，得到系统出口处换热水工质的温度T
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，并计算出系统中存留的换热水工质的平均温度基于系统中存留换热水工质的平均温度计算获得系统光伏电池的平均温度输出系统光电输出总能量E
sn
、系统对外输出的光热能量Q
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、系统出口处换热水工质的温度T
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、系统中存留的换热水工质的平均温度集热器平均温度、系统光伏电池的平均温度光伏玻璃平均温度；其中，集热器平均温度与系统中存留的换热水工质的平均温度相等，光伏玻璃平均温度与系统光伏电池的平均温度相等。5.一种用于聚光光伏光热系统的非稳态模拟系统，其特征在于，包括：分段及数据获取模块，用于基于预设划分标准，将获取的模拟时间范围划分为多个时间段，并获取每个时间段的气象条件数据；计算模块，用于对于获取的多个时间段中每个时间段，将系统能量平衡方程中的参数进行初始化，并根据时间段的气象条件数据对系统能量平衡方程进行计算，获得时间段内聚光光伏光热系统CPV/T系统性能结果；其中，所述系统能量平衡方程是根据聚光光伏光热系统CPV/T系统各个部件之间的能量传递关系，并考虑光伏组件、光伏玻璃以及集热器结构的温度变化获得；排序及结果获...

【专利技术属性】
技术研发人员：权琛，朱超，李华，于建成，王坤，郑雅雯，王若谷，王金锋，师鹏，李壮，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司，
类型：发明
国别省市：