[发明专利]基于相变蓄能的主动冷却与太阳能混合通风、光伏耦合一体化系统及智能控制

说明书

本发明提出了一种基于相变蓄能的主动冷却与太阳能混合通风、光伏耦合一体化系统及其智能控制策略。所述系统主要是由集成相变材料(Phasechangematerial,PCM)的太阳能通风墙系统、光伏/热通风系统及辐射内墙冷热混合单元等构成。所述的PCM可有效地储存自然冷却能源，与主动式PCM辐射内墙系统结合可有效地减少室内温度波动，具有很好的舒适性能和节能潜力。此外，为了保证室内空气品质，所述的系统还可以通过混合通风方式为室内提供新鲜空气。所述系统采用主动冷却与相变储能技术相结合利于太阳能电池散热，提高发电效率，PCM可以收集电池产生的废热供用户使用，并且可稳定电池的输出电流，增加光伏系统使用寿命。此外，系统产生的电能可通过蓄电池储存，为整个系统的设备运行提供稳定电源，从而真正实现系统的零能耗高效运行。

技术领域

本发明属于相变蓄能、通风技术、太阳能光伏光热应用领域，具体涉及一种新型的相变蓄能主动冷却与太阳能混合通风、光伏耦合的建筑一体化系统及智能控制。

背景技术

近年来，随着人口的增长及室内热舒适要求的提高，同时依靠传统非可再生能源带来的环境污染及能源危机问题，可再生能源利用新技术已经得到人们的高度重视。过去几十年来，由于建筑节能技术的不断发展，可再生能源的利用率不断提高，不同的能源，如太阳能，以及多样化的能源转换和先进的储能技术，已经被世界各地的科学家研究。然而，太阳能技术在时间和空间分布上普遍存在间歇性和不稳定性。因此如何高效利用太阳能等可再生能源，已经成为业界急需解决的问题。

由于半导体材料吸收太阳光中的光子后释放出电子，光伏电池可以直接将太阳辐射转化为电能，用于建筑能源管理。然而，光伏效率与太阳电池温度呈负相关，太阳能电池温度每升高1℃，光伏效率将下降0.4％。大量穿透光伏板的太阳辐射以废热的形式被丢弃，导致太阳能电池温度升高导致光伏效率下降。为了解决太阳能电池的过热问题并提高光伏系统的能源性能，文献中已经研究了几种技术解决方案，例如光伏-热(PV/T)系统和热电(TE)技术。提高PV/T系统能量性能的技术解决方案主要集中在结构设计和操作控制上。如有研究者提出了一种与屋顶一体化的光伏发电系统结构设计方案，从他们的结果来看，通过为冷却的光伏系统提供均匀冷却，光伏效率可以提高到15％。此外，通风解决方案也可以用来缓解极端的太阳能电池温度。例如，一些研究者研究了气隙尺寸和强制通风对电池温度和光伏组件电效率的影响。根据他们的结果，当自然通风流量从0.5增加到6m/s时，输出功率可增加19％以上。关于主动冷却技术，目前有许多研究集中在冷却介质上，与空气基光伏冷却系统相比，水基光伏冷却系统的电效率和热效率均得到了有效提高，具有更好的能源性能。为了降低太阳能电池的极端温度，PCM由于其较大的储能密度可以被动地或主动地与太阳能电池集成。此外，PCM还可以收集太阳能电池产生的废热，以补偿家用太阳能的间歇性使用。从现有资料来看，以往研究者很少考虑主动式冷却水、通风冷却及与相变蓄能技术相结合来提高太阳能光伏的效率和使用率。

太阳能通风墙和PCM墙体来调节室内温度的波动已经得到了大量的研究，并对相关的结构和运行策略进行了优化分析，均已经被验证具有较好的节能效果和舒适性性能，具有较大的应用潜力。但分层相变材料设置来提高太阳能通风墙的效率及与主动式冷却辐射内墙系统集成应用还没有研究者涉及，并且未考虑混合通风和辐射冷却的结合方式。此外，对于涉及不同能量形式、不同能量转换和热能储存的主动式光伏冷却系统与PCM太阳能通风墙及辐射冷却内墙体的集成应用方案，资料文献中更是没有涉及。