优秀论文︱基于纳米流体的PV/T系统热电性能的实验研究

各高校和科研院所的研究生们是太阳能热利用领域的生力军、后备力量，以“我的研究，我的创新”为主题的太阳能热利用科学技术研究生论坛旨在促进太阳能热利用相关专业研究生们的学术交流，11月29-30日，国家太阳能光热产业技术创新战略联盟和中国可再生能源学会太阳能热发电专委会（筹）在清华大学建筑学院（承办单位）召开了第八届太阳能热利用科学技术研究生论坛（简称论坛）。

论坛上，北京化工大学刘亚飞同学在董双岭导师的指导下，作了题为《基于纳米流体的PV/T系统热电性能的实验研究》的报告。他报告了课题组通过实验研究得到的：纳米流体具有优良的热学和光学性能，在提高光伏光热（PV/T）系统热电性能方面具有较大的潜力；他通过实验研究了基于不同纳米流体的PV/T系统的热电性能，与单独的PV系统进行对比实验。实验研究表明，将纳米流体应用于PV/T系统中有利于提高太阳能利用率和混合系统的热电效率。

以下是其报告的内容，以供参考：

一、研究背景

面临的主要问题：

1、对于单一的发电系统，其发电效率较低；

2、受昼夜变换，气候影响大；

3、太阳能光热电站占地面积大，一次投资成本高；

4、混合发电系统，结构复杂，建站困难。

二、研究内容与进展1研究内容

（1）实验研究体积分数为1%的 CuO，Al₂O₃，SiO₂，碳和石墨纳米流体在PV/T系统中的应用。

（2）利用FDTD Solution软件分析五种纳米颗粒的吸收光谱。

2实验系统

实验系统组成：12v35w/55w 6000氙灯，超声波清洗仪，电子天平，PV板，铁架台等。

3实验分析

实验表明，基于SiO₂纳米流体的PV/T系统具有最佳的太阳能热利用效率，其电功率略低于相同实验条件下单独的PV系统电功率0.175W，但其获得了较大的额外热量。其次分别是基于碳、石墨、Al₂O₃，CuO纳米流体的PV/T系统。

4FDTD分析

颗粒直径20nm，仿真区域20*y*20nm，网格为6级精度，网格节点数量6929，平面光束0.3-1.1um，沿-y方向入射，x, z 方向采用周期性边界，y方向采用PML边界。

5实验结果

以上分别使用体积分数为1％的碳，CuO、Al₂O₃、SiO₂和石墨纳米流体，根据实验测量数据分别计算系统热功率，电功率和总功率。结果表明：基于SiO₂纳米流体的PV/T系统具有最佳的太阳能热利用效率；其次分别是基于碳、石墨、Al₂O₃、CuO纳米流体的PV/T系统。基于SiO₂纳米流体的系统实验得到的热功率，电功率和系统总功率分别为2.477W，0.132W，2.609W，其电功率略低于相同实验条件下单独的PV系统电功率，但其获得了较大的额外热量。

该实验研究表明，将纳米流体应用于PV/T系统中有利于提高太阳能利用率和混合系统的热电效率。

三、结论与未来工作1初步结论

（1）基于SiO₂纳米流体的PV/T系统具有最佳的太阳能热利用效率，其电功率略低于相同实验条件下单独的PV系统电功率0.175W，但其获得了较大的额外热量。

（2）其次分别是基于碳，石墨，Al₂O₃，CuO纳米流体的PV/T系统。

（3）上层纳米流体的热功率与纳米颗粒的吸收光谱保持一致，对PV/T系统中纳米颗粒的选择提供一定的依据。

2未来工作

（1）进一步分析基于SiO₂纳米流体的PV/T系统综合性能优于其他的原因，或进一步进行实验探究；

（2）从纳米流体透射率和导热吸热特性角度分析PV/T系统中光伏板电功率。

编辑：董清风

审核：杜凤丽

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