作者：张毅
由于材料本身的限制，晶体硅太阳能电池对太阳光的吸收截止波长在1100 nm左右，只能利用太阳光中20%左右的能量，而剩余的太阳光除了少部分被反射外，其余将转变为热能使电池温度升高[1]。随着光伏电池温度升高，其光电转换效率随温度变化的负效应明显，电池温度每提高10C ，导致晶体硅太阳电池的输出功率降低0.4%~ 0.5%，非晶硅电池的输出功率降低0.25%左右[2],[3]。
将光伏板和平板集热器有机结合起来形成的PV/T系统，其应用前景非常可观。在PV/T系统中，冷却液带走光伏板上的多余能量，降低电池工作温度，能使系统光电转换效率保持在较高的水平；同时，可以利用冷却液吸收的热量为建筑供暖和提供生活热水[4]。PV/T系统在提高电池光电转换效率的同时，还提升了太阳能综合利用率。
目前，国内外许多学者对PV/T系统进行了大量的研究，主要涉及PV/T集热器结构、运行参数、系统性能和评估方法，但仍然存在许多尚待解决的问题[5] 。本文设计并搭建了无空腔PV/T和有空腔PV/T两种不同集热结构系统，试验研究了系统的热电性能，对比分析了两种系统的热效率、发电效率和一次能源节约率，为今后的工艺研究提供依据。
1 PV/T系统结构及实验设计
1.1 PV/T系统结构
本文设计了两种PV/T系统集热器结构（图1）。图1(a)为无空腔的PV/T集热器，图1b)
为有空腔的PV/T集热器。
两个PV/T集热器均使用同一批次的156mmx156 mm多晶硅电池片．每个集热器由40块太阳电池串联组成．电池面积
为243.36cm2电池覆盖率为60.14%，在标准状况下集热器的最大输出功率为160W。在无空腔的PV/T热器中，电池片通过层压方式均匀排布在蓝膜表面，中间通过透明光伏背膜TPT进行绝缘保护。两个PV/T集热器均采用透明光伏背膜TPT和蓝膜。集热管道分布于蓝膜背部，管道间距为12 cm。蓝膜与集热管道间采用激光焊接连接。两个系统均使用同一品牌的搪瓷水箱、循环泵和玻璃纤维棉。
本文所设计的PV/T系统实验原理如图2所示。水箱中的水经循环泵进入铺设在电池片背部的集热管道，管道中的流体可将集热板吸收的热量及时带走，降低电池工作温度，并将收集的热量存储在水箱中。同时，PV/T系统产生的直流电经微型逆变器转为交流电与市网连接，并通过能量通信器ECU模块对系统发电功率进行实时监测。
1.2实验设计
两个系统并排排布，面向正南，与水平面倾斜20℃ ，水箱置于集热器后方（图3）。水箱和集热管道中的流体通过循环泵强制循环，循环泵的开动和停止由温度控制器控制，启动温差为4℃，循环泵可实现3档调速。
2试验测试
2.1环境参数
PV/T系统的发电功率和热效率均受到太阳辐照度、环境温度和风速的影响。
实验在2015年2月9日11：00—16：00进行。用GM8902风速仪监测风速，试验期间平均风速为2.4 m/s左右。用太阳辐照仪测量集热器表面接收到的太阳辐照度和环境温度，测试结果如图4所示[6]。
2.2 PV/T系统性能测试
目前，评价PV/T系统性能普遍使用PV/T系统综合效率作为评价标准，它等于系统的发电效率和热效率之和门，系统综合效率可以反映系统的能量利用率，但忽略了电和热的品质差别。本文采用Huang提出的一次能源节约标准对PV/T实验系统性能进行评估亨二该方法考虑了电和热的品质差别，从PV/T系统利用太阳能而节药一次能源的角度对系统进行评价：
本文采用K型热电偶和Fluke Hydra Series数据采集仪分别对两个系统的集热器表面温度和进出口温度进行数据测量和采集，每分钟记录一次。
3 数据处理与分析
对两种结构的强制循环式PV/T系统进行了5h的室外试验测试。测试当天的最高气温为
19.60C，太阳辐照度的最大值为799 W/m2．循环水流速为55 L/h，
3.1温度特性
相同工况下，两系统的集热器表面温度和进出口温度如图5、图6所示。
由图5和图6可知，由于有空腔系统的电池板与蓝膜间存在空腔，使电池板未能达到较好的冷却，因此集热器表面温度高于无空腔系统。因为无空腔系统的电池板与蓝膜直接接触，集热管道内的循环水及时将电池板的热量带走，因此无空腔系统的表面温度与出口水温的温度之差小于有空腔系统二在13:00后，太阳辐照度下降，无空腔系统的表面温度随之降低，而有空腔系统的表面温度在13:00后缓慢上升一段时间，才开始下降．
3.2效率分析
3.2.1热效率
图7为有空腔系统和无空腔系统的热效率。由于空腔的存在，在电池板与蓝膜间形成了一个小温室，集热管道内的水有一个较稳定的热源，因此有空腔系统的热效率明显高于无空腔系统，最高可达69.24%。13:30后，因为太阳辐照度的下降，两个系统的热效率均开始下降。
3．2．2发电效率
图8、图9分别为无空腔系统和有空腔系统的发电功率和发电效率。由图可见，由于受太阳辐照度的影响，无空腔系统的发电功率和有空腔系统的发电功率均出现了相似的波动趋势：有空腔系统的发电效率低于无空腔系统，这是因为太阳能电池光电转换效率随温度升高而下降，影响了光伏系统的工作效率。
3.2.3—次能源节约效率
图10为PV系统的一次能源节约率。有空腔系统一次能源节约效率的最大值和最小值分别为92.71%,67.02%,无空腔系统一次能源节约率的最大值和最小值分别为88.52%，55.65%。由于有空腔系统的一次率明显高于无空腔系统，因此，有空腔系统的一次能节约率仍略高于无空腔系统。
4 结论
本文设计并搭建了两种不同集热结构的PV/T系统，采用一次能源节约率的评价标准对系统进行了评估。
由于有空腔系统的电池板与蓝膜间存在空腔，使电池板未能得到较好的冷却，因此表面温度高于无空腔系统的表面温度，有空腔系统的热效率最高可达69.24%。由于无空腔系统的电池板与蓝膜直接接触，集热管道内的循环水可及时将电池板的热量带走，因此无空腔系统的表面温度与出口水温之差低于有空腔系统。
受太阳辐照度的影响，两个PV/T系统的发电功率均出现了相似的波动趋势。有空腔系统的发电效率低于无空腔系统，这是因为随着太阳能电池温度升高，其光电转换效率下降，严重影响了光伏系统的工作效率。
试验结果显示，有空腔系统的一次能源节约率的最大值和最小值分别为92.71%，67.02%．无空腔系统的一次能源节约率的最大值和最小值分别为88.52%，55.65%。因为有空腔系统的热效率明显高于无空腔系统，所以有空腔系统的一次能 源节约率仍略高于无空腔系统。
5摘要：
设计并搭建了两种不同集热结构的PV/T系统，试验采集了环境、温度、功率等参数，获得了两个系统的温度特性、热效率、发电效率。试验结果表明,PV/T系统效率主要受环境因素影响，集热结构对其性能也产生不同程度的影响。无空腔PV/T系统的冷却效果好于有空腔系统，发电效率较高；有空腔PV/T系统的热效率较高．一次能源节约率略高于无空腔系统。
