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中国北方地区光伏/光热系统的技术与经济评价

作　者: 陈逸诗
导　师: 禚玉群
学　校: 清华大学
专　业: 动力工程及工程热物理
关键词: 太阳能 光伏光热一体化系统 经济分析
分类号: F426.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


为了解决环境破坏与自然资源短缺的问题,中国如今已正在大力促进了可再生能源的发展。近年来,太阳能热水器已在国内得了广泛应用,与太阳能光电池技术正在引起了越来越大的关注。太阳能光伏光热一体化系统整合了太阳能电池和集热器技术,为了能够同时产生电能和热量。与并排处境分列的太阳能电池和集热器相比,PVT系统有不少的优势,如更多有效利用单位面积的产生能量,较低的生产与安装成本,而且看来也有了整齐划一的外观等。考虑到最近城市化引起的空间限制,PVT技术在中国看来是一个很有潜力的技术。本课题的目的就是研究PVT技术用于在中国北方地区的可能性。研究中利用一个无盖版管板式PVT集热器系统,于2009年11月-2010年8月进行了户外测试,在北京气候条件下探索了系统的热与电性能。为了避免在最冷温度的情况下结冰现象,用了丙二醇/水混合液当做冷却液。研究根据获得的实验结果,采用折扣现金流的方法对该技术进行了经济分析和影响因素的敏感度分析,研究了政府财政补贴,能源价格,光伏板成本,光电转换率等某些因素对PVT系统的经济性的影响。实验结果表明,气候条件与冷却液的初始温度对系统性能有较大影响。系统的日平均热和电效率变化分别为27-75%和5-11%。在冷却液温度较低的情况下,冬季的热效率相对较高。电效率在电池板平均温度接近28°C时可以得到提高,但系统电性能在低温下并不稳定。如果用于家庭供热水,该PVT系统每年能大约产生790.66kWh热量与100.32kWh电。研究发现,该系统产生的电量比文献中的相应数值低。这主要是因为该系统的电池板转换率偏低造成的。经济分析表明,如果用于家庭供热水,根据目前国内的市场与能源价格,该系统的投资回收期大约为一百多年,表明它在经济性上不会有吸引力。这一结果与以前研究PVT经济性的文献中的报道完全不同。这固然是因为北京的太阳能利用气候条件比其他低纬度地区差,如地中海地区,但主要原因是中国的能源价格比其他国家低很多,而且,其他研究中没有全面考虑系统部件如电池、水泵、丙二醇的未来取代成本,造成经济性分析过于乐观。敏感度分析表明,比系统全部现行成本相比,该系统通过节约能源所带来的收益对系统的经济性具有更大的影响。在能改善系统的经济性因素之中,天然气价格的影响最大。同时分析中也发现,没有一个因素能单独使得该系统成为经济可行,系统经济性的根本改变只能依靠一系列因素的共同作用。考虑到能源价格的不断上涨和各级政府对太阳能项目的财政鼓励,包括财政补贴,税收减免,上网电价政策等,以及科技的进步使光伏电池和集热器的成本不断下降,在不远的将来,PVT光伏光热一体化系统在中国有可能成为一种经济上可行的技术。

全文目录


Abstract  3-4
摘要  4-10
1. Introduction  10-39
  1.1. Context  10-11
  1.2. PV/T concepts and technology  11-19
    1.2.1. What is a PV/T system and why has it been designed?  11-12
    1.2.2. PV/T design concepts  12-16
    1.2.3. Applications  16-19
  1.3. State-of-the-art of PV/T technology  19-37
    1.3.1. History and statistics  19-20
    1.3.2. Purpose of the research  20-21
    1.3.3. Theoretical and numerical research  21
    1.3.4. Computational simulations  21-22
    1.3.5. Experimental work  22-29
    1.3.6. Economic studies  29-34
    1.3.7. Main conclusions  34-36
    1.3.8. Commercial development  36
    1.3.9. Further R&D aspects for PV/T systems  36-37
  1.4. Purpose of the present thesis  37-39
2. Technical performance evaluation  39-56
  2.1. Description of the experimental rig and measurement system  39-45
    2.1.1. Description of the experimental rig  39-40
    2.1.2. Description of the data acquisition system  40
    2.1.3. Restoration work  40-43
    2.1.4. Modifications for freeze prevention  43-45
  2.2. Experimental conditions  45-46
  2.3. Issues encountered  46-47
  2.4. Experimental results and discussion  47-55
    2.4.1. Climatic conditions of Beijing  47-48
    2.4.2. Thermal performances  48-49
    2.4.3. Electrical performances  49-52
    2.4.4. Energy production for domestic hot water production  52-55
  2.5. Main conclusions  55-56
3. Economic evaluation  56-67
  3.1. Method and formulas  56-57
    3.1.1. Present worth  56
    3.1.2. Equal-payment-series present worth factor  56-57
    3.1.3. Equivalence under inflation  57
  3.2. Economic evaluation of the system  57-66
    3.2.1. Reference case assumptions  57-58
    3.2.2. Estimation of the present costs of the system  58-59
    3.2.3. Estimation of the annual savings  59-60
    3.2.4. Calculation of the cost payback time and discussion  60-61
    3.2.5. Discussion and comparison with previous economic studies  61-66
  3.5. Main conclusions  66-67
4. Sensitivity analysis  67-74
  4.1. Influence of the present costs  67-70
    4.1.1. Influence of the replacement costs  67-68
    4.1.2. Influence of government financial incentives  68
    4.1.3. Sensitivity to the PV module costs  68-69
    4.1.4. Sensitivity to the frequency of components replacements  69-70
  4.2. Influence of the annual savings  70-72
    4.2.1. Sensitivity to the energy prices  70-71
    4.2.2. Sensitivity to the PV cells efficiency  71-72
  4.3. Combination of parameters  72
  4.4. Main conclusions and suggestions  72-74
5. Conclusions and recommendations  74-76
  5.1. Conclusions  74
  5.2. Recommendations for a future work  74-76
References  76-81
Acknowledgments  81-82
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  82-83
Appendix A: Calculation of the pumping power required to circulate the fluid through the system:  83-85
Appendix B: Uncertainties in the experimental measurements  85-87
Appendix C: Calculation of the batteries capacity  87

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中图分类: > 经济 > 工业经济 > 中国工业经济 > 工业部门经济
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