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光伏发电技术 GaN器件 多物理场耦合 ★ 5.0

采用非共沸工质与循环热回收的紧凑型光伏/热–有机朗肯循环混合系统以提升太阳能转换效率

Compact PV/T–ORC hybrid system with zeotropic fluids and recirculated heat recovery for enhanced solar conversion

作者 Behrooz M.Ziapou · Sadegh Afzal · Hadi Ahmad
期刊 Energy Conversion and Management
出版日期 2025年1月
卷/期 第 346 卷
技术分类 光伏发电技术
技术标签 GaN器件 多物理场耦合
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 **Optimized PVT-ORC system** with zeotropic fluids for efficient energy conversion.
语言:

中文摘要

摘要 本研究提出了一种紧凑型混合太阳能系统,该系统将带翅片的光伏/热(PV/T)集热器与有机朗肯循环(ORC)相结合,实现热能与电能的同时生成。系统包含一个内部热回收回路,其中ORC冷凝器对返回的太阳能工作流体进行预热,从而增强子系统之间的热耦合。针对串联连接的集热器串列,分析其在集热器层级的热性能,并通过在ORC入口处合并各串列的质量流量,将其水力并联配置,以实现系统层级的集成。采用非共沸工作流体,并结合MOPSO–LINMAP多目标优化框架,对系统进行全面的热力学、经济性和环境性能评估。结果表明,R12/RC318混合工质实现了最高的㶲效率(50.65%)和净输出功率(37.57 kW),同时PV/T组件达到55%的热效率。经济性评估预测投资回收期约为7年。这些结果验证了所提出设计方案在集成式太阳能转换应用中的可行性与可扩展性,是一种具有成本效益且高性能的解决方案。

English Abstract

Abstract This study presents a compact hybrid solar energy system combining a finned photovoltaic–thermal (PV/T) collector with an Organic Rankine Cycle (ORC) to enable simultaneous heat and power generation. The system features an internal heat-recovery loop in which the ORC condenser preheats the returning solar working fluid, enhancing thermal coupling between subsystems. Collector-level thermal performance is analyzed for series-connected strings, which are then hydraulically arranged in parallel by merging their mass-flow rates at the ORC inlet for system-level integration. A comprehensive thermodynamic, economic, and environmental assessment is conducted using zeotropic working fluids and a MOPSO–LINMAP optimization framework. The R12/RC318 mixture achieves the highest exergetic efficiency (50.65 %) and net power output (37.57 kW), while the PV/T component attains 55 % thermal efficiency. Economic evaluation predicts a payback period of ∼ 7 years. These results demonstrate the feasibility and scalability of the proposed design as a cost-effective, high-performance solution for integrated solar energy conversion.
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SunView 深度解读

该PV/T-ORC混合系统对阳光电源光储一体化方案具有重要参考价值。系统通过冷凝器预热回路实现热电联产,与我司SG系列光伏逆变器的MPPT优化技术可协同提升光电转换效率。串并联拓扑设计思路可借鉴至ST系列储能PCS的热管理系统,通过内部热回收降低冷却能耗。zeotropic工质的热力学优化方法对我司三电平拓扑中SiC/GaN器件的散热设计具有启发意义,可结合iSolarCloud平台实现多物理场耦合的预测性维护,提升系统全生命周期经济性。