基于多物理场耦合的光伏/热一体化路面能效仿真评估

摘要

为了提高光伏路面综合能效并为电池散热，引入光伏/热一体化技术，形成由钢化玻璃面板、光伏电池、蛇形铜管和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(acrylonitrile-butadiene-styrene, ABS)塑料底座组成的光伏/热一体化路面(pavement integrated photovoltaic/thermal, PIPVT)。采用COMSOL Multiphysics进行仿真，将光模块、电模块和固态模块中的热传导和热对流同步耦合，构建PIPVT多物理场仿真模块并展开研究。以2022年北京市的气象数据为基础，选取每个月的第15日代表该月气候情况进行发电性能与集热性能预测。结果表明，太阳能辐照强度与光伏模块发电效率呈正相关，但过高的辐照强度引起的高温会使其对模块发电效率的促进效果降低，冬季的发电效率和集热效率均较低。此外，以北京工业大学为例，预测其校园路面全部采用PIPVT覆盖，一年可获得电量约170万kW·h,满足校本部超3个月的办公用电量，同时，可将约3.4万t的20℃水加热超过30℃。

关键词

道路工程 / 光伏/热一体化路面(pavement integrated photovoltaic/thermal, PIPVT) / 多物理场仿真 / 集热性能 / 发电性能 / 一次能源节约效率