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分布式热电联供系统(Distributed Combined Heating and Power Generation,DCHP)是一种布置在用户端,利用“温度对口,梯级利用”的原理将发电及供热(供热水和供暖)结合起来,根据用户适时需求实现热电联供的系统。作为一种新型的发电装置,质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cells,PEMFC)是目前最有发展前景的低温燃料电池,可作为清洁高效的固定电站和移动电源。太阳能是清洁可再生能源,具有资源丰富及清洁无污染等优势,已得到了广泛的开发和应用,但是太阳能受气象条件影响较大,具有不稳定性和间断性等缺点。基于太阳能光电/光热和PEMFC的热电联供系统,能够有效利用能源并显著提高能源利用效率,对于缓解能源危机和减少环境污染具有非常重要的理论研究意义和工程应用价值。本文设计了太阳能光电/光热和PEMFC子系统试验装置。基于该试验装置的分布式热电联供系统,依据“温度对口,梯级利用”的原理,可充分利用太阳能光电/太阳能光热产生的能量实现热电联供,从而有效提高整个系统的能源利用效率及供能的稳定性和连续性。根据计算流体力学软件Gambit/Fluent的原理,结合Matlab/Simulink仿真特点,应用Excel VBA技术,构建联供系统的多软件协同仿真平台。Gambit/Fluent仿真时,可生成模型计算网格并设定单个设备的物性参数,有效优化设备结构和性能。Matlab/Simulink是用来进行动态系统建模、仿真和分析的集成软件包,可用于热力设备性能参数分析及热力系统的静态和动态仿真。Excel VBA作为数据分析软件,可储存Gambit/Fluent数值模拟数据及Matlab/Simulink 的仿真数据,并实现 Gambit/Fluent 和 Matlab/Simulink 之间的数据通讯,从而达到多软件协同仿真的目标。利用搭建的气象工作站测取当地实时太阳能的气象参数。分析辐照强度、环境温度、环境湿度、露点温度和风速的全年及单日变化规律,并形成相关多项式。通过当地气象数据分析,研究辐照强度与环境温度、环境湿度与露点温度的函数关系。在试验验证晴天HOTTEL辐射仿真模型的基础上,研究了纬度、经度和海拔高度对总辐射强度的影响。当地太阳能气象参数的研究,可为太阳能光电/光热和PEMFC热电联供系统仿真提供准确的气象数据。根据太阳能集热器内自然对流换热的特性,构建太阳能集热器自然对流数值计算模型,在通过太阳能集热器自然对流试验平台验证数值计算模型的可靠性基础上,模拟分析真空管直径和长度、真空管吸收率和发射率对集热器热性能的影响。根据试验和模拟数据,设计了内置导流板太阳能集热器,并模拟计算导流板合理的长度、位置和厚度。最终确定高吸收率低发射率内置导流板太阳能集热器为太阳能光电/光热和PEMFC热电联供系统适宜的自然对流集热器。根据太阳能集热器强迫对流换热的特性,构建横双排集热器和内置U型管集热器的数值计算模型。应用集热器热效率和火积增量模拟分析入口流速和安装角度对横双排集热器热性能的影响,模拟分析U型管直径及U型管壁厚对内置U型管集热器热性能的影响。最终确定横双排太阳能集热器为太阳能光电/光热和PEMFC热电联供系统适宜的强迫对流全玻璃真空管集热器。利用Tecplot软件,可视化研究单面受热集热器、双面受热集热器、内置导流板集热器、横双排集热器和内置U型管集热器的温度场和速度场。通过应用场协同原理,确定了太阳能集热器温度场和速度场协同的最佳区域。根据太阳能光电/光热和PEMFC热电联供子系统试验,试验研究太阳能光伏板、太阳能控制器、蓄电池、PEMFC模拟器的性能参数,根据试验研究数据,提出新的太阳能/风能和PEMFC系统。通过搭建板式太阳能集热器试验平台、横双排集热器/空气源热泵热水系统,试验研究横双排集热器、储热水箱、空气源热泵和板式太阳能集热器的性能参数,根据试验数据,提出了太阳能供热采暖/空气源热泵和PEMFC改进系统。应用Excel VBA和Matlab/Simulink仿真平台,构建了 PEMFC电堆输出电压的静态仿真模型及PEMFC电堆/板式换热器的动态仿真模型。研究了电堆电流、电堆温度、燃料分压力、单电池数量对电堆输出电压的影响,研究了电堆温度、循环冷却水热功率、冷却水流量随时间的动态变化规律。确定了PEMFC电堆/板式换热器太阳能冷却水的运行参数,验证了 PEMFC电堆/太阳能热利用的可行性。