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系統識別號 U0002-2107200815365900
中文論文名稱 單一矩形通道或多矩形通道於平板型太陽能熱電複合系統之熱傳效率改善研究
英文論文名稱 The Heat-Transfer Efficiency Improvement of Flat-Plate Solar Hybrid Photovoltaic/Thermal Systems with Single- and Multi-Pass Rectangular Flow ducts.
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學工程與材料工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemical and Materials Engineering
學年度 96
學期 2
出版年 97
研究生中文姓名 黃君維
研究生英文姓名 Jun-Wei Huang
學號 695400183
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2008-06-25
論文頁數 147頁
口試委員 指導教授-何啟東
委員-蔡少偉
委員-葉和明
委員-何啟東
中文關鍵字 太陽能熱電複合系統  太陽能空氣加熱器  多矩形通道  熱傳效率改善 
英文關鍵字 solar hybrid PVT systems  solar air heater  multi-pass rectangular flow ducts  heat-transfer efficiency improvemen 
學科別分類
中文摘要 太陽能熱電複合系統可將太陽光能量轉換成以電、熱兩種不同形式輸出,可提高能源使用效率及減少能量耗損。系統功用在於加熱流體如空氣或水,以供應公共或家庭使用,也可發電以驅動耗電量小之電器。本研究中在不同通道形式及流體質量流率影響結果較為明顯。
本研究分別針對太陽能空氣加熱器系統及太陽能熱電複合系統,考慮通道側邊之溫度分佈及裝置側邊之熱損失,以不同操作形式及設計參數來進行以下討論:(一)固定截面積下,改變通道設計形式或下通道之通道數、(二)流體質量流率、(三)流體進口溫度、(四)太陽光之入射量、(五)加裝太陽能電池等對系統效率之影響,並與單通道系統比較,計算各系統提升之熱傳改善率。研究結果顯示,增加下通道之通道數及流體質量流率會有利集熱效率之提升。在加裝太陽能電池並於室外陽光下實驗後,可得知太陽能熱電複合系統之總效率高於加裝前之集熱效率。
英文摘要 The new solar hybrid photovoltaic/thermal (PV/T) system with multi-pass rectangular flow ducts is designed to improve the overall efficiency of thermal heat-transfer efficiency and PV cell efficiency. The theoretical formulations of the solar hybrid PV/T system are developed by making the energy balance and the resultant equations are solved by the fourth-order Runge–Kutta method. The factors affecting the device performance are the numbers of flow ducts, air mass flow rate, inlet air temperature and incident solar radiation. The theoretical results indicate that the heat transfer efficiency of solar air heater and solar hybrid PV/T systems increases with increasing the numbers of the rectangular flow ducts and air mass flow rate but decreasing with the incident solar radiation and inlet air temperature. The experimental apparatus of flat-plate solar air heaters and solar hybrid PV/T systems are also set up to confirm the accuracy of the theoretical predictions. The comparison between the theoretical predictions and experimental results shows that the good agreement is achieved in the present study.
論文目次 中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
圖目錄 VI
表目錄 XII
第一章 緒論 1
1-1引言 1
1-2簡介及文獻回顧 3
1-2.1太陽能熱與熱電應用及發展現況 3
1-2.2太陽能空氣加熱器及太陽能熱電複合系統 7
1-3研究動機與方向 13
第二章 理論分析 15
2-1太陽能熱電複合系統之簡介 15
2-2平板型太陽能空氣加熱器之能量平衡及各通道與側邊之溫度分佈 17
2-2.1單通道(Single-pass)系統 18
2-2.2雙通道(Double-pass)系統 25
2-3熱傳係數與太陽能熱電複合系統之熱效率修正及電效率 46
2-4數值計算流程 50
2-5各系統之熱傳改善率 51
2-6太陽能熱電複合系統之太陽能電池溫度改善率 52
2-7本研究中各系統結構與流動方式 53
2-7.1太陽能空氣加熱器單通道系統 53
2-7.2太陽能空氣加熱器雙通道系統 54
2-7.3太陽能熱電複合系統 56
第三章 實驗 58
3-1太陽能空氣加熱器實驗 58
3-1.1實驗裝置與測量儀器 58
3-1.2實驗步驟 63
3-2太陽能熱電複合系統實驗 64
3-2.1實驗裝置與測量儀器 64
3-2.2實驗步驟 67
3-3實驗結果 69
第四章 結果與討論 83
4-1不同通道之設計對熱效率之影響 83
4-2在不同太陽光入射量下系統對熱效率之影響 85
4-3太陽能空氣加熱器中單通道與雙通道系統對熱效率之影響 91
4-4太陽能空氣加熱器中,改變雙通道系統之不同下通道數
對熱效率之影響 96
4-5太陽能熱電複合系統中,改變不同下通道數對熱效率
之影響 99
4-6加裝太陽能電池前後對熱效率之影響 102
4-7在不同流體進口溫度下系統對熱效率之影響 107
4-8在不同流體質量流率下系統對熱效率之影響 112
4-9在計算側邊熱損失及改變裝置後對熱效率之影響 113
4-10在不同操作變因下對電效率之影響 116
4-11加裝太陽能電池後對系統總效率之影響 117
4-12太陽能熱電複合系統之總效率與不通流體時之裝置內
太陽能電池發電效率之比較 120
第五章 結論 122
符號說明 127
參考文獻 135
附錄 142

圖目錄

圖1 太陽能可應用之範圍 4
圖2 單通道之太陽能空氣加熱器 12
圖3 雙通道之上通道對下通道單管之太陽能空氣加熱器 12
圖4 雙通道之上通道對下通道二管之太陽能空氣加熱器 12
圖5 本研究中不同通道設計型式之截面示意圖 15
圖6 太陽能電池貼附於玻璃面蓋之截面示意圖 16
圖7 單通道系統之能量平衡示意圖 18
圖8 單通道內流體能量平衡圖 23
圖9 雙通道系統之上通道對下為單通道之能量平衡圖 26
圖10 雙通道內流體能量平衡圖 28
圖11 雙通道系統之上通道對下通道單管之能量平衡圖 34
圖12 雙通道之下為雙通道內流體能量平衡圖 36
圖13 吸收板上陰影面積之修正圖 49
圖14 單通道系統之流動示意圖 53
圖15 雙通道系統之上通道對下通道單管流動示意圖 54
圖16 雙通道系統之上通道對下通道單管流動示意圖 55
圖17 太陽能熱電複合系統之上通道對下通道單管流動示意圖56
圖18 太陽能熱電複合系統之上通道對下通道二管流動示意圖57
圖19 上通道對下通道單管之太陽能加熱器實驗操作裝置圖 59
圖20 上通道對下通道二管之太陽能加熱器實驗操作裝置圖 60
圖21 上通道對下通道二管之太陽能熱電複合系統實驗操作 裝置圖 66
圖22 太陽能空氣加熱器系統上通道對下通道單管之流體
質量流率對熱效率之影響 71
圖23 太陽能空氣加熱器系統上通道對下通道單管之流體
質量流率對熱效率之影響 72
圖24 太陽能空氣加熱器系統上通道對下通道二管之流體
質量流率對熱效率之影響 73
圖25 太陽能空氣加熱器系統上通道對下通道單管之流體
質量流率對熱效率之影響 74
圖26 太陽能熱電複合系統於燈泡下之上通道對下通道二管
之流體質量流率對熱效率之影響 75
圖27 太陽能熱電複合系統於燈泡下之上通道對下通道二管
之流體質量流率對熱效率之影響 76
圖28 太陽能熱電複合系統於陽光下之上通道對下通道二管
之流體質量流率對熱效率之影響 77
圖29 太陽能熱電複合系統於陽光下之上通道對下通道二管
之流體質量流率對熱效率之影響 78
圖30 太陽能熱電複合系統於燈泡下之上通道對下通道二管
在不同入射量及進口溫度下之流體質量流率對太陽能
電池發電效率之影響 79
圖31 太陽能熱電複合系統於燈泡下之上通道對下通道二管
在不同入射量下之太陽能電池溫度對發電效率之影響 80
圖32 太陽能空氣加熱器中,單通道系統不同入射量下流體
質量流率對熱效率之影響 86
圖33 太陽能空氣加熱器中,雙通道之下為單通道系統不同
入射量下流體質量流率對熱效率之影響 87
圖34 太陽能空氣加熱器中,雙通道之下為二通道系統不同
不同入射量下流體質量流率對熱效率之影響 88
圖35 於太陽能熱電複合系統在燈泡下,雙通道之下為單通
道系統不同入射量下流體質量流率對熱效率之影響 89
圖36 於太陽能熱電複合系統在燈泡下,雙通道之下為二通
道系統不同入射量下流體質量流率對熱效率之影響 90
圖37 於太陽能空氣加熱器系統,單通道對雙通道中下為單
通道之流體質量流率對熱效率之影響 92
圖38 於太陽能空氣加熱器系統,單通道對雙通道中下為單
通道之流體質量流率對熱效率之影響 93
圖39 於太陽能空氣加熱器系統,單通道對雙通道中下為雙
通道之流體質量流率對熱效率之影響 94
圖40 於太陽能空氣加熱器系統,單通道對雙通道中下為雙
通道之流體質量流率對熱效率之影響 95
圖41 太陽能空氣加熱器雙通道系統中,不同下通道數
之流體質量流率對熱效率之影響 97
圖42 太陽能空氣加熱器雙通道系統中,不同下通道數
之流體質量流率對熱效率之影響 98
圖43 太陽能熱電複合系統在燈泡下,改變下通道數之
流體質量流率對熱效率之影響 100
圖44 太陽能熱電複合系統在燈泡下,改變下通道數之
流體質量流率對熱效率之影響 101
圖45 雙通道之下為單通道中,太陽能熱電複合系統在燈泡
下太陽能空氣加熱器系統之比較流體質量流率對熱效
率之影響 103
圖46 雙通道之下為單通道中,太陽能熱電複合系統在燈泡
下與太陽能空氣加熱器系統之比較流體質量流率對熱
效率之影響 104
圖47 雙通道之下為雙通道中,太陽能熱電複合系統在燈泡
下與太陽能空氣加熱器系統之比較流體質量流率對熱
效率之影響 105
圖48 雙通道之下為雙通道中,太陽能熱電複合系統在燈泡
下與太陽能空氣加熱器系統之比較流體質量流率對熱
效率之影響 106
圖49 太陽能空氣加熱器系統在固定進口溫度下之質量流體
流率對熱效率之影響 108
圖50 太陽能熱電複合系統在燈泡下,固定進口溫度下之質
量流體流率對熱效率之影響 109
圖51 太陽能空氣加熱器系統在固定進口溫度下之質量流體
流率對熱效率之影響 110
圖52 太陽能熱電複合系統在燈泡下,固定進口溫度下之
質量流體流率對熱效率之影響 111
圖53 太陽能空氣加熱器與側邊無絕熱[28]之流體質量流率
對熱效率之影響 114
圖54 太陽能空氣加熱器與側邊無絕熱[28]之流體質量流率
對熱效率之影響 115
圖55 太陽能熱電複合系統在室外陽光下之總效率與太陽
能空氣加熱器之熱效率比較流體質量流率對效率之
影響 118
圖56 太陽能熱電複合系統在室外陽光下之總效率與太陽
能空氣加熱器之熱效率比較流體質量流率對效率之
影響 119
圖57 太陽能熱電複合系統在燈泡下之總效率與未通
流體時之系統電效率比較流體質量流率對效率之
影響 121

表目錄

表1 本研究之各實驗系統操作變因及設計參數表 69
表2 太陽能空氣加熱器系統之理論與實驗數據表 70
表3 太陽能熱電複合系統之理論與實驗數據表 70
表4 太陽能空氣加熱器系統之實驗誤差表 81
表5 太陽能熱電複合系統之實驗誤差表 81
表6 太陽能空氣加熱器系統之實驗再現性 82
表7 太陽能熱電複合系統之實驗再現性 82
表8 太陽能空氣加熱器雙通道系統之熱傳改善率百分比 124
表9 太陽能熱電複合系統於燈泡下之熱傳改善率百分比 125
表10 太陽能熱電複合系統燈泡下之太陽能電池溫度改善率
之百分比 126

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