許茹茹，李照萌，徐禮頡，季 杰

真空玻璃與單層玻璃蓋板PV/T集熱器性能的對比研究*

許茹茹，李照萌，徐禮頡，季 杰?

（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 工程科學(xué)學(xué)院熱科學(xué)和能源工程系，合肥 230026）

提出一種真空玻璃蓋板平板式光伏/熱（PV/T）集熱器，建立了真空玻璃和單層玻璃蓋板PV/T集熱器的傳熱模型，并分別搭建了兩種PV/T熱水系統(tǒng)的實驗平臺進(jìn)行模型的實驗驗證。預(yù)測結(jié)果與實驗測量結(jié)果的均方根偏差（RMSD）在0.71% ~ 11.17%之間。利用數(shù)學(xué)模型模擬了真空玻璃與單層玻璃蓋板PV/T集熱器在合肥冬季的熱、電性能，并比較了兩者性能的差異。模擬結(jié)果表明真空玻璃蓋板PV/T集熱器的頂部熱損失平均為22 W，而單層玻璃蓋板PV/T集熱器熱損失平均為107 W。使用真空玻璃蓋板能顯著減少PV/T集熱器的頂部熱損失。真空玻璃蓋板PV/T集熱器相對單層玻璃蓋板PV/T集熱器的全天熱效率提高了5.68%，二者分別為41.76%和36.08%，全天電效率分別為11.76%和12.79%，相差1.03%。

PV/T集熱器；真空玻璃；頂部熱損失；熱性能；電性能

0 引 言

太陽能光伏/熱（photovoltaic/thermal, PV/T）集熱器是將太陽能光伏組件與傳統(tǒng)平板太陽能集熱器組合起來的一種集熱器。與只能產(chǎn)生熱能的集熱器相比，PV/T集熱器同時產(chǎn)生電能和熱能可以大幅提高太陽能的轉(zhuǎn)換效率。由PV/T集熱器通過管路連接水箱組成的PV/T熱水系統(tǒng)是較為常見的太陽能綜合利用技術(shù)，而PV/T集熱器面臨低溫凍結(jié)的問題，主要是因為系統(tǒng)停止運(yùn)行時，PV/T集熱器水管內(nèi)的水無法全部排空，在冬季夜晚容易發(fā)生凍結(jié)導(dǎo)致PV/T集熱器內(nèi)部水管破裂[1]，因此解決PV/T集熱器凍結(jié)問題十分必要。為了改善PV/T集熱器凍結(jié)，相變材料被引入PV/T集熱器的吸熱板背面，利用其相變潛熱在夜晚釋放熱量延緩水管凍結(jié)[2]。周帆等[1]通過實驗與模擬研究了平板集熱器的凍結(jié)過程，發(fā)現(xiàn)頂部熱損失（通過空氣夾層和玻璃蓋板的熱損失）占據(jù)集熱器總熱損失的主要部分。因此減少PV/T集熱器的頂部熱損失是減少總熱損失、改善凍結(jié)的有效方式。周帆等[1]將透明絕緣材料（transparent insulation materials, TIM）制成的透明蜂窩平板插入平板集熱器的空氣夾層中，通過數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)TIM可以使集熱器凍結(jié)延緩2.5 h。

真空玻璃的真空間隙能大大減少PV/T集熱器空氣夾層通過玻璃蓋板與環(huán)境之間的對流換熱[3]。采用真空玻璃作為PV/T集熱器的蓋板不僅能有效減少頂部熱損失，有助于改善PV/T集熱器低溫凍結(jié)問題，還能提高PV/T集熱器白天運(yùn)行時的熱效率。OZSOY等[4]通過實驗研究普通雙層玻璃蓋板集熱器的效率，結(jié)果表明當(dāng)集熱器溫度與環(huán)境溫度相差40℃時，普通雙層玻璃蓋板集熱器比單層玻璃蓋板集熱器效率高24%。GHOSH等[5]使用室外測試單元研究了真空玻璃在室外的熱性能，發(fā)現(xiàn)當(dāng)真空玻璃的平均總傳熱系數(shù)為1.4 W/m2時，與等面積的雙層玻璃相比，在通過相等熱量時熱損失減少了53%。

本文建立了真空玻璃蓋板平板式PV/T集熱器的傳熱模型，并搭建相應(yīng)的實驗系統(tǒng)進(jìn)行模型驗證。利用驗證過的傳熱模型預(yù)測真空玻璃蓋板PV/T集熱器在合肥冬季白天的熱、電性能，進(jìn)而研究真空玻璃蓋板對PV/T集熱器的保溫作用。為了直觀表現(xiàn)真空玻璃蓋板減少熱損失的優(yōu)勢，將單層玻璃蓋板PV/T集熱器作為對照進(jìn)行研究。

1 數(shù)學(xué)模型與計算方法

1.1 PV/T集熱器的結(jié)構(gòu)與傳熱模型

真空玻璃蓋板和單層玻璃蓋板PV/T集熱器的結(jié)構(gòu)分別如圖1a和圖1b所示。PV/T集熱器空氣夾層的厚度為15 mm。PV/T集熱器的吸熱板是尺寸為1 644 mm（長）× 986 mm（寬）× 0.4 mm（厚）的鋁板。在鋁板上層壓54塊封裝的單晶硅電池，每塊電池尺寸為156 mm × 156 mm，總覆蓋率為81.07%。6根長1.5 m、直徑8 mm的水管均勻地焊接在鋁板的背面，水管由2根直徑為44 mm的集管連接，如圖2所示。背板與水管之間填充50 mm厚的玻璃纖維。在標(biāo)準(zhǔn)條件下，即太陽輻照度為1 000 W/m2、環(huán)境溫度為25℃時，PV的參數(shù)在表1中給出。

單層玻璃蓋板是4 mm厚的普通鋼化玻璃。真空玻璃蓋板由兩片5 mm厚的超白玻璃組成，玻璃間隙為0.4 mm。兩塊玻璃四周密封，間隙抽成真空，真空度為10?4Pa。兩層玻璃之間有金屬支柱支撐，支柱排列成方形，間距為60 mm。支柱沒有造成玻璃的光學(xué)突兀感。本實驗采用的真空玻璃由理大玻璃技術(shù)（深圳）有限責(zé)任公司提供，綜合玻璃傳熱系數(shù)參考值為2.2 W/(m2?K)。

圖1 真空玻璃蓋板和單層玻璃蓋板PV/T集熱器結(jié)構(gòu)

圖2 光伏電池與水管的排布

表1 標(biāo)準(zhǔn)條件下PV的參數(shù)

1.1.1 真空玻璃蓋板傳熱方程

為建立PV/T集熱器蓋板、光伏吸熱板、水管以及水箱的傳熱方程，作出如下假設(shè)：①光伏電池的所有熱物理性質(zhì)保持不變；②太陽輻照度均勻分布在PV/T集熱器的表面；③各水管的熱性能相同。

真空玻璃蓋板的傳熱方程如下。

上層玻璃：

下層玻璃：

式中：g—玻璃蓋板單位面積質(zhì)量，kg/m2；g—蓋板比熱容，J/(kg?K)；—太陽輻照度，W/m2；g、g2—上層玻璃、下層玻璃溫度，K；d—時間步長，s；a—環(huán)境溫度，K；sky—天空溫度，K；pv—光伏電池溫度，K；cv—環(huán)境與上層玻璃的對流傳熱系數(shù)，W/(m2?K)；r—天空與上層玻璃的輻射換熱系數(shù)，W/(m2?K)；ev—真空玻璃蓋板的傳熱系數(shù)，W/(m2?K)；r,acv,a—下層玻璃與光伏電池的輻射、對流傳熱系數(shù)，W/(m2?K)；g,dr—上層玻璃對太陽輻照度的吸收率；g2,dr—下層玻璃對太陽輻照度的吸收率。其中，sky的計算式由SWINBANK等[6]得出，r、cvr,acv,a的計算由文獻(xiàn)[7]得出。

1.1.2 光伏電池傳熱方程

光伏電池的傳熱方程為：

式中：pv—光伏電池單位面積質(zhì)量，kg/m2；pv—光伏電池比熱容，J/(kg?K)；pv,dr—光伏電池太陽輻照度吸收率；pv—光伏電池導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m?K)；pv—光伏電池厚度，m；—網(wǎng)格步長，m；p—吸熱板溫度，K；a,p—光伏電池與吸熱板間熱阻，(m2?K)/W；pv—電功率，W/m2。

式中：ref—測試光伏電池的標(biāo)準(zhǔn)溫度，為25℃[7]；—單晶硅的溫度系數(shù)，= 0.004 5 K?1；r—PV在參考溫度ref時的電效率；g—太陽輻照度通過玻璃蓋板的透過率。

1.1.3 吸熱板的傳熱方程

吸熱板傳熱方程如下。

吸熱板未與水管連接處的傳熱方程：

吸熱板與水管連接處的傳熱方程：

式中：p—吸熱板厚度，m；p—吸熱板密度，kg/m3；p—吸熱板比熱容，J/(kg?K)；p—吸熱板導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m?K)；p,dr—吸熱板對太陽輻照度的吸收率；b—背板溫度，K；ins—保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m?K)；ins—保溫層厚度，m；t—支管溫度，K；t,p—支管與吸熱板之間的熱阻，(m2?K)/W。

1.1.4 水管與工質(zhì)的傳熱方程

水管的傳熱方程為：

式中：t—支管密度，kg/m3；t—支管比熱容，J/(kg?K)；t—支管橫截面積，m2；t—支管溫度，K；t—支管導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m?K)；f—流體溫度，K；p,t—支管與吸熱板之間的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m?K)；f—支管與流體之間的傳熱系數(shù)，W/(m2?K)；t—支管的直徑，m。

工質(zhì)的傳熱方程為：

1.1.5 水箱的傳熱方程

水箱方程為：

式中：tank—水箱橫截面積，m2；tank—水箱溫度，K；tank—水箱與環(huán)境的對流換熱系數(shù)，W/(m2?K)；—支管根數(shù)。

1.1.6 頂部熱損失的計算

頂部熱損失g-p是光伏電池與蓋板下表面之間的輻射和對流換熱量。

1.2 性能評估

由文獻(xiàn)[8-9]給出以下方程來計算兩個PV/T集熱器的熱、電性能：

式中：—從工質(zhì)中獲得的熱量，J；f—水箱中水的總質(zhì)量，kg；Δf—水箱的初始水溫和最終水溫之差，K。

式中：pv—全天電效率；t,pv—瞬時電效率；—瞬時電壓，V；—瞬時電流，A；—計算時間內(nèi)的總電功率，W。

PV/T集熱器的綜合效率計算如下[10]：

式中：tot—綜合效率；power—熱電廠熱能轉(zhuǎn)換為電能的效率，取值為2.63[10]；—光伏電池覆蓋率。

1.3 模型求解

圖3為求解數(shù)學(xué)模型的流程圖，其中0為迭代的初始賦值，為當(dāng)前時間，d為時間步長，為當(dāng)前時間的迭代結(jié)果，為殘差，取10?3。用MATLAB計算偏微分方程的數(shù)值解。首先，使用笛卡爾網(wǎng)格將物理空間域進(jìn)行離散化，通過有限差分法獲得該時間步長的目標(biāo)溫度。然后，動態(tài)模型通過迭代進(jìn)入下一個時間步，并且重復(fù)上述計算直到迭代時間結(jié)束。入口邊界條件為：

2 實 驗

2.1 實驗系統(tǒng)

實驗使用的PV/T集熱器及相關(guān)參數(shù)由廣東五星太陽能股份有限公司提供，PV/T集熱器加工完成后就地搭建真空玻璃與單層玻璃蓋板PV/T熱水系統(tǒng)并完成實驗。實驗系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 PV/T熱水系統(tǒng)實驗平臺示意圖

PV/T集熱器和水箱通過波紋管連接，冷水從水箱底部進(jìn)入PV/T集熱器水管，與吸熱板進(jìn)行換熱，然后流回水箱上部。PV/T集熱器方向朝南，與地面的傾角為30°。實驗系統(tǒng)實物見圖5。實驗于2019年4月6日在廣東東莞（北緯23.05°，東經(jīng)113.75°）的實際氣象條件下完成，測試時間為8:30-16:30。實驗系統(tǒng)的工質(zhì)由水泵驅(qū)動，流量均為0.13 L/s。

圖5 真空玻璃和單層玻璃蓋板PV/T熱水系統(tǒng)圖

Fig. 5 Actual picture of vacuum and single glazed cover PV/T water-heating systems

2.2 測量儀器

PV/T集熱器的溫度由熱電偶測量，熱電偶布置如圖6所示。

圖6 熱電偶的布置

圖6中，1號和2號熱電偶分別布置在真空玻璃蓋板的內(nèi)表面和外表面。3 ~ 5號熱電偶均勻地布置在鋁板的背面。實驗的環(huán)境溫度由熱電偶測得，測量時應(yīng)避免太陽輻照。太陽輻照度由輻照儀測量，水流量由流量計測量，水箱溫度通過pt100-A鉑電阻測量，數(shù)據(jù)由Agilent 34980A記錄，PV的電功率由微型逆變器記錄。測量儀器的參數(shù)在表2中給出。

表2 測量與數(shù)據(jù)記錄儀器的參數(shù)

3 結(jié)果與討論

3.1 實驗結(jié)果與模型驗證

數(shù)學(xué)模型主要對兩種PV/T集熱器的溫度、電功率和系統(tǒng)水箱水溫進(jìn)行模擬，通過與實驗結(jié)果對比驗證模型準(zhǔn)確性。模擬結(jié)果與實驗結(jié)果的偏差可用均方根偏差（root-mean-square deviation, RMSD）表示：

下面是實驗結(jié)果以及模型驗證結(jié)果。

圖7所示為廣東省東莞市2019年4月6日太陽輻照度和環(huán)境溫度的變化情況。

圖7 太陽輻照度和環(huán)境溫度

圖8為真空玻璃和單層玻璃蓋板內(nèi)、外側(cè)溫度變化的模擬結(jié)果與實驗結(jié)果。實驗結(jié)果表明真空玻璃蓋板內(nèi)外表面溫差較大，單層玻璃蓋板內(nèi)外表面溫差很小。由圖8a可知，真空玻璃蓋板的內(nèi)側(cè)溫度最高為54℃，此時外側(cè)溫度為37℃。實驗結(jié)束時真空玻璃蓋板內(nèi)外側(cè)溫差為17℃。由圖8b可知，單層玻璃蓋板的內(nèi)側(cè)溫度最高為44℃，比真空玻璃蓋板低10℃，外側(cè)溫度可達(dá)42℃左右。單層玻璃蓋板內(nèi)外側(cè)溫度相近。對于內(nèi)側(cè)溫度，真空玻璃蓋板受環(huán)境的影響比單層玻璃小得多。這主要是由于真空間隙能夠顯著減少真空玻璃蓋板內(nèi)、外側(cè)的換熱。此外，由圖8可知數(shù)學(xué)模型對蓋板溫度的模擬結(jié)果與實驗結(jié)果變化趨勢基本一致。

圖9所示為兩種PV/T集熱器的頂部熱損失?時間曲線。真空玻璃蓋板PV/T集熱器頂部熱損失在實驗過程中穩(wěn)定在10 ~ 30 W，平均值為15 W。單層玻璃蓋板PV/T集熱器的頂部熱損失隨時間逐漸增大，最高可達(dá)143 W，平均為62 W。單層玻璃蓋板PV/T集熱器的平均頂部熱損失為真空玻璃蓋板PV/T集熱器的4倍。這是由于真空玻璃的保溫隔熱作用使得蓋板內(nèi)表面與光伏電池之間的溫差減小，空氣夾層換熱大大減少。結(jié)果表明真空玻璃在減少PV/T集熱器頂部熱損失方面效果顯著，在夜晚可以有效減少PV/T集熱器內(nèi)部通過蓋板與環(huán)境的對流換熱損失，提高PV/T集熱器防凍能力。

在實驗中，真空玻璃蓋板PV/T熱水系統(tǒng)的水箱溫度由26.18℃上升至57.29℃，全天熱效率為39.83%。單層玻璃蓋板PV/T熱水系統(tǒng)的水箱溫度從25.45℃上升至54.52℃，全天熱效率為37.22%。光伏電池電性能隨著溫度的升高而降低。單晶硅層壓在吸熱板上，與吸熱板溫度相近。由于真空玻璃蓋板PV/T集熱器的吸熱板溫度較高，所以其電效率略低。通過式（14）計算得出，真空玻璃蓋板與單層玻璃蓋板PV/T集熱器的全天電效率分別為11.15%和12.09%。由式（16）可得，真空玻璃蓋板和單層玻璃蓋板PV/T集熱器的全天綜合效率分別為63.58%和62.97%。

圖9 兩個PV/T集熱器的頂部熱損失

綜上，真空玻璃蓋板PV/T集熱器綜合效率略高于單層玻璃蓋板PV/T集熱器。真空玻璃維持PV/T集熱器內(nèi)部溫度效果顯著，大大減少PV/T集熱器的頂部熱損失。這些有利于PV/T集熱器在夜晚維持較高溫度，延緩凍結(jié)，提高防凍能力。

圖10為真空玻璃蓋板和單層玻璃蓋板PV/T集熱器的電功率、水箱水溫模擬結(jié)果與實驗結(jié)果的對比?？梢钥闯鰯?shù)學(xué)模型對電功率和水箱水溫預(yù)測準(zhǔn)確，變化趨勢基本一致。表3給出了模擬結(jié)果與實驗結(jié)果的RMSD值，在0.71% ~ 11.17%之間。電功率的RMSD值偏大，為11.17%，原因可能是多云天氣的太陽輻照度變化頻率較快，逆變器記錄與模擬結(jié)果存在一些錯峰。綜合來看，數(shù)學(xué)模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測兩種PV/T集熱器的溫度、熱性能和電性能。

圖10 兩個PV/T集熱器的電功率和熱水系統(tǒng)水箱水溫的模擬和實驗結(jié)果：（a、b）真空玻璃蓋板PV/T集熱器的電功率和熱水系統(tǒng)水箱水溫的模擬和實驗結(jié)果；（c、d）單層玻璃蓋板PV/T集熱器的電功率和熱水系統(tǒng)水箱水溫的模擬和實驗結(jié)果

表3 實驗結(jié)果與模擬結(jié)果之間的均方根偏差（RMSD）

注：實驗結(jié)果與模擬結(jié)果數(shù)據(jù)如圖8和圖10，RMSD計算采用公式（19）。

3.2 真空玻璃與單層玻璃蓋板PV/T集熱器冬季性能預(yù)測

圖11為2019年1月10日合肥（北緯31°，東經(jīng)117°）的實測天氣情況。利用數(shù)學(xué)模型分別對兩個PV/T集熱器在當(dāng)日溫度和性能進(jìn)行計算模擬，并比較分析兩個PV/T集熱器的差異。

圖12a為兩種玻璃蓋板的溫度?時間曲線，發(fā)現(xiàn)冬季真空玻璃蓋板內(nèi)、外表面溫差最高可達(dá)21℃。單層玻璃蓋板溫度介于真空玻璃蓋板內(nèi)、外表面溫度之間。圖12b為兩種PV/T集熱器吸熱板的溫度?時間曲線。真空玻璃蓋板PV/T集熱器的吸熱板溫度最高為46℃，單層玻璃蓋板PV/T集熱器的最高溫度為39℃，相差7℃。結(jié)果表明天氣條件對真空玻璃蓋板性能有一定影響。在冬季夜晚溫度較低時，真空玻璃蓋板的保溫隔熱能力更好地維持PV/T集熱器內(nèi)部溫度，降溫時有更高的起始溫度。

圖11 合肥太陽輻照度與環(huán)境溫度

圖13為真空玻璃蓋板和單層玻璃蓋板PV/T集熱器頂部熱損失隨時間的變化。前者頂部熱損失隨時間變化緩慢，最高約55 W，平均為22 W，而后者頂部熱損失受環(huán)境影響很大，最高達(dá)200 W左右，平均為107 W。單層玻璃蓋板PV/T集熱器的平均頂部熱損失約為真空玻璃蓋板PV/T集熱器的5倍，表明真空玻璃蓋板在冬季減少熱損失的優(yōu)勢更突出。

圖13 兩個PV/T集熱器的頂部熱損失

圖14為兩個PV/T集熱器的性能對比，其中圖14a和圖14c為兩個PV/T熱水系統(tǒng)的水箱水溫和瞬時熱效率隨時間變化的曲線。從圖14a可以看出，真空玻璃蓋板PV/T熱水系統(tǒng)的水箱溫升為40℃，單層玻璃蓋板PV/T熱水系統(tǒng)水箱溫升為34℃，兩個PV/T熱水系統(tǒng)的全天熱效率分別為41.76%和36.08%，真空玻璃蓋板PV/T熱水系統(tǒng)比單層玻璃蓋板PV/T熱水系統(tǒng)高5.68%。與春季實驗結(jié)果相比，真空玻璃蓋板PV/T熱水系統(tǒng)在冬季全天熱效率較單層玻璃蓋板PV/T熱水系統(tǒng)提高更加顯著。圖14c為瞬時熱效率?時間曲線，兩個PV/T熱水系統(tǒng)瞬時熱效率的差異隨著時間逐漸增大。

圖14 兩個PV/T熱水系統(tǒng)的水箱水溫（a）、PV/T集熱器的電功率（b）、瞬時熱效率（c）和瞬時電效率（d）模擬結(jié)果

圖14b和圖14d為兩個PV/T集熱器的電功率與瞬時電效率隨時間變化的曲線。單層玻璃蓋板PV/T集熱器的電功率最高達(dá)152 W，真空玻璃蓋板PV/T集熱器的電功率最高為140 W。在模擬的時間段內(nèi)，單層玻璃蓋板PV/T集熱器的瞬時電效率由14.25%逐漸降低到12.13%，真空玻璃蓋板PV/T集熱器的瞬時電效率由13.24%逐漸降低到11.0%。兩個PV/T集熱器的全天電效率分別為12.79%和11.76%，相差為1.03%。在冬季，兩個PV/T熱水系統(tǒng)集熱器的電效率差別較小。真空玻璃與單層玻璃蓋板PV/T集熱器的綜合效率分別為66.81%和63.32%。說明真空玻璃在寒冷季節(jié)性能更有優(yōu)勢，較適用于寒冷地區(qū)。

本文所用真空玻璃的傳熱系數(shù)為W/(m2?K)，沒有低輻射涂層。而傳熱系數(shù)達(dá)1.4 W/(m2?K)、有低輻射涂層的真空玻璃保溫隔熱效果更好[5]。因此，可以采用傳熱系數(shù)更低的真空玻璃來進(jìn)一步提高PV/T集熱器的保溫性能。

4 結(jié) 論

（1）相對于單層玻璃蓋板，真空玻璃蓋板可以提高系統(tǒng)的綜合效率，且在寒冷季節(jié)綜合效率的提高更加明顯。

（2）真空玻璃相對單層玻璃來說具有優(yōu)異的保溫隔熱性能，可以更好地維持PV/T集熱器內(nèi)部溫度，有利于PV/T集熱器在夜晚降溫時獲得一個更高的起始溫度，延緩凍結(jié)。在春季實驗中真空玻璃蓋板內(nèi)外表面最大溫差為17℃，而在冬季模擬結(jié)果中，最大溫差為21℃，吸熱板溫度相差7℃。

（3）真空玻璃蓋板可以顯著減少PV/T集熱器內(nèi)部通過蓋板與環(huán)境的對流換熱損失，提高PV/T集熱器防凍能力。在春季實驗中，真空玻璃蓋板PV/T集熱器的頂部熱損失穩(wěn)定在10 ~ 30 W，平均為15 W。單層玻璃蓋板PV/T集熱器的頂部熱損失隨實驗的進(jìn)行逐漸增加至最大143 W，平均為62 W。在冬季模擬結(jié)果中，真空玻璃蓋板PV/T集熱器的最大頂部熱損失為55 W，平均為22 W。單層玻璃蓋板PV/T集熱器的最大頂部熱損失為200 W，平均為107 W。

[1] ZHOU F, JI J, CAI J Y, et al. Experimental and numerical study of the freezing process of flat-plate solar collector[J]. Applied thermal engineering, 2017, 118: 773-784. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2017.02.111.

[2] YUAN W Q, JI J, MODJINOU M, et al. Numerical simulation and experimental validation of the solar photovoltaic/thermal system with phase change material[J]. Applied energy, 2018, 232: 715-727. DOI: 10.1016/j.apenergy.2018.09.096.

[3] FANG Y P, HYDE T J, ARYA F, et al. Indium alloy-sealed vacuum glazing development and context[J]. Renewable and sustainable energy reviews, 2014, 37: 480-501. DOI: 10.1016/j.rser.2014.05.029.

[4] OZSOY A, DEMIRER S, ADAM N M. An experimental study on double-glazed flat plate solar water heating systemin Turkey[J]. Applied mechanics and materials, 2014, 564: 204-209. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.564.204.

[5] GHOSH A, NORTON B, DUFFY A. Measured thermal & daylight performance of an evacuated glazing using an outdoor test cell[J]. Applied energy, 2016,177: 196-203. DOI: 10.1016/j.apenergy.2016.05.118.

[6] SWINBANK W C. Long-wave radiation from clear skies[J]. Quarterly journal of the royal meteorological society, 1963, 89(381): 339-348. DOI: 10.1002/qj.49708938105.

[7] CAI J Y, JI J, WANG Y Y, et al. A novel PV/T-air dual source heat pump water heater system: dynamic simulation and performance characterization[J]. Energy conversion and management, 2017, 148: 635-645. DOI: 10.1016/j.enconman.2017.06.036.

[8] DUFFIE J A, BECKMAN W A. Solar engineering of thermal processes[M]. 4th ed. Hoboken: Wiley, 2013.

[9] SKOPLAKI E, PALYVOS J A. On the temperature dependence of photovoltaic module electrical performance:a review of efficiency/power correlations[J]. Solar energy,2009, 83(5): 614-624. DOI: 10.1016/j.solener.2008.10.008.

[10] YUAN W Q, JI J, LI Z M, et al. Comparison study of the performance of two kinds of photovoltaic/thermal (PV/T) systems and a PV module at high ambient temperature[J]. Energy, 2018, 148: 1153-1161. DOI: 10.1016/j.energy. 2018.01.121.

Performance Comparison of Vacuum Glazed Cover PV/T Collector and Single Glazed Cover PV/T Collector

XU Ru-ru, LI Zhao-meng, XU Li-jie, JI Jie

(Department of Thermal Science and Energy Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230026 China)

A flat-plate vacuum glazed cover (photovoltaic/thermal) PV/T collector was proposed, the mathematical models of vacuum glazed and single glazed cover PV/T collectors were established, and the experimental platforms of the two PV/T water-heating systems were set up to validate the models. The root-mean-square deviation (RMSD) of the prediction results and the experimental measurement results were between 0.71% and 11.17%. The thermal and electrical performance of vacuum glazed and single glazed cover PV/T collectors in Hefei winter were predicted by the mathematical models and the differences between the two PV/T collectors were compared. The average top heat loss of vacuum glazed and single glazed cover PV/T collectors were 22 W and 107 W, respectively. The vacuum glazing can significantly reduce the top heat loss of PV/T collector. The daily thermal efficiency of vacuum glazed cover PV/T collector increased by 5.68% compared with single glazed cover PV/T collector, the efficiency of these two collectors were 41.76% and 36.08% respectively. The daily electrical efficiency of vacuum glazed and single glazed cover PV/T collectors were 11.76% and 12.79%, with a difference of 1.03%.

PV/T collector; vacuum glazing; top heat loss; thermal performance; electrical performance

TK513

A

10.3969/j.issn.2095-560X.2020.02.003

2095-560X（2020）02-0100-09

2020-01-17

2020-03-12

季 杰，E-mail：jijie@ustc.edu.cn

許茹茹（1994-），女，碩士研究生，主要從事真空玻璃蓋板PV/T集熱器性能研究。

季 杰（1963-），男，博士，教授，主要從事太陽能利用方面的研究。