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摘 要 太陽能集熱器固有的間歇性和季節(jié)性特征，使其運行穩(wěn)定性常受到挑戰(zhàn)，而相變材料(PCM)憑借其出色的儲熱密度和恒溫相變特性，被視為一種極具潛力的能源載體，為加強(qiáng)集熱器穩(wěn)定性開辟了新的研究路徑。本文介紹了相變儲熱技術(shù)與太陽能集熱器集成的能量分析方法和?分析方法，得出集成式集熱器性能評價指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性分析指標(biāo)，同時概述了集成式集熱器中PCM的兩種主要封裝方式，幾何封裝和整體封裝，而且不同類型集熱器所采用的封裝方式不同。接著詳細(xì)探討了集成PCM對平板集熱器、真空管集熱器及光伏/熱(PV/T)集熱器性能和經(jīng)濟(jì)性的影響，并針對PCM導(dǎo)熱性不佳的問題，綜述了當(dāng)前優(yōu)化集成式集熱器性能的主要技術(shù)，包括添加翅片以增大換熱面積、提升PCM自身的導(dǎo)熱性及應(yīng)用微熱管技術(shù)以提高傳熱效率三種強(qiáng)化傳熱技術(shù)。最后，綜合評估了集成PCM對太陽能集熱器綜合性能及經(jīng)濟(jì)性的影響，并對集成式集熱器的優(yōu)化方向和研究重點進(jìn)行了展望，旨在進(jìn)一步提升其實用性，為促進(jìn)可再生能源的高效、廣泛應(yīng)用貢獻(xiàn)力量。
關(guān)鍵詞 太陽能集熱器；相變儲熱；集熱器效率；強(qiáng)化傳熱
在太陽能利用方式中，光熱利用憑借其綠色環(huán)保、節(jié)能高效的優(yōu)勢，在生活中得到了多方面的廣泛應(yīng)用。作為光熱利用的核心裝置，太陽能集熱器的效率和運行時間受限于太陽輻射間歇性和季節(jié)性，這往往導(dǎo)致集熱器出口溫度大幅波動，并且系統(tǒng)供能與需求在時間和空間上存在不匹配的問題。因此，科研人員持續(xù)致力于集熱器的優(yōu)化與改進(jìn)，其中集成相變儲熱技術(shù)是集熱器優(yōu)化研究的一個主要方向。
相變儲熱技術(shù)是利用物質(zhì)相態(tài)改變時吸收或釋放大量熱能的特性來儲、放熱量，具有儲能密度大(是顯熱儲能的2~10倍)、恒溫相變和熱能存取簡單等優(yōu)點，用于這類儲熱技術(shù)的材料稱為相變材料(phase change material，PCM)。
通過引入PCM的太陽能集熱器，實現(xiàn)了集熱與儲熱功能一體化，這一創(chuàng)新設(shè)計顯著提高了對太陽能的綜合利用效率，并減少了太陽能熱系統(tǒng)對額外儲熱設(shè)施的需求。近年來，太陽能集熱器與相變儲熱技術(shù)集成的研究成果備受關(guān)注，Khan等深入探討了集熱器與PCM的集成設(shè)計原理，發(fā)現(xiàn)增大PCM與吸熱板間的接觸面積能顯著提高出口溫度，還總結(jié)了集成式集熱器的發(fā)展趨勢；Sadeghi等對相關(guān)的實驗研究進(jìn)展進(jìn)行了全面梳理，發(fā)現(xiàn)PCM的選擇與集熱器的工作溫度相關(guān)，且集成PCM能顯著提高集熱器的熱效率。然而，目前關(guān)于集成式集熱器性能表現(xiàn)和經(jīng)濟(jì)性評估方面的綜述較少。為彌補(bǔ)這一研究空白，本文系統(tǒng)地回顧并總結(jié)了PCM與平板集熱器、真空管集熱器及PV/T集熱器集成的研究進(jìn)展，以期為相關(guān)領(lǐng)域未來的研究工作提供參考和指導(dǎo)。
1 集成式太陽能集熱器理論分析
集成式太陽能集熱器的理論分析常用的方法有能量分析法、?分析法以及經(jīng)濟(jì)性分析。圖1 為能量和?分析示意圖。
圖1 能量和?分析示意圖
1.1 能量分析法
1.1.1 數(shù)學(xué)模型
能量分析法是基于熱力學(xué)第一定律，從能量的數(shù)量角度對集熱器能量轉(zhuǎn)化效率進(jìn)行評估，詳細(xì)分析能量在集熱器中的輸入、輸出、轉(zhuǎn)換和損失情況，其核心目標(biāo)是量化評估集熱器的能量效率，為提高集熱器能效提供理論支持。
在穩(wěn)態(tài)條件下，集成式集熱器的能量平衡關(guān)系用式(1)表示。
式中，QA、Qu、Ql、Qst分別為單位時間內(nèi)投射到集熱器上的太陽總輻能、獲得的有用能、損失的能量、PCM儲存的能量，W。
投射到集熱器上的太陽總輻射能，可用式(2)表示。
式中，A為集熱器采光面積，m2；J為太陽輻照度，W/m2。
集熱器獲得的有用能為傳熱工質(zhì)吸收的能量，可用式(3)計算。
式中，m為流體質(zhì)量流量，kg/s；cp為流體比熱容，J/(kg·K)；Tin、Tout分別為工質(zhì)進(jìn)、出口溫度，K。
與普通集熱器不同的是集成式集熱器可以在PCM中儲存熱量，儲熱量用式(4)表示。
式中，MPCM為相變材料質(zhì)量，kg；CPCM,s、CPCM,l分別為相變材料固態(tài)、液態(tài)比熱容，J/(kg·K)；Tm、TPCM,i、TPCM,f分別為相變材料熔點溫度、初始溫度、最終溫度，K；Hf為相變材料潛熱值，kJ/kg。
1.1.2 性能評價指標(biāo)
集熱器熱效率和日平均熱效率計算公式如式(5)和式(6)所示。
PV板電效率和日平均電效率計算公式如式(7)和式(8)所示。
式中，Pm 為光伏組件最大功率，W；G為光伏組件表面入射光的輻照度，W/m2；APV為光伏組件面積，m2。
PV/T集熱器的整體效率為電效率與熱效率之和，計算公式如式(9)所示。
式中，r為封裝系數(shù)，定義為光伏面積與集熱器采光面積之比。
1.2 ?分析法
1.2.1 數(shù)學(xué)模型
?分析方法是融合熱力學(xué)第一和第二定律，從能量的“質(zhì)”和“量”兩個維度來全面評價集熱器的效率。與能量分析方法相比，這種方法更注重能量的質(zhì)量，強(qiáng)調(diào)能量的有用性和做功潛力。通過?分析能發(fā)現(xiàn)集熱器中?損產(chǎn)生部位、大小和影響因素，為集熱器設(shè)計優(yōu)化提供精確且有針對性的指導(dǎo)。
在穩(wěn)態(tài)條件下，集成式集熱器的?平衡方程用式(10)表示。
1.2.2 性能評價指標(biāo)
?效率和日平均?效率計算公式如式(15)和式(16)所示。
1.3 經(jīng)濟(jì)性分析
集成式集熱器的核心目標(biāo)是提升集熱量，降低產(chǎn)熱成本。為深入了解這一技術(shù)的應(yīng)用潛力和發(fā)展趨勢，需對集熱器的投資回報與成本效益進(jìn)行詳細(xì)分析。
集成式集熱器年化成本(AAC)由式(17)計算。
2 集成式太陽能集熱器中PCM封裝
利用PCM進(jìn)行儲放熱時材料會發(fā)生固-液相態(tài)轉(zhuǎn)換，易發(fā)生泄漏問題。因此，在太陽能集熱器中集成PCM時需采用合適的封裝技術(shù)，以確保集熱器的穩(wěn)定性和安全性。目前，集成式集熱器中常用的封裝方式有幾何封裝和整體封裝，不同的封裝形式對集成式集熱器性能有一定影響。
2.1 幾何封裝
幾何封裝是把PCM封裝在金屬或塑料的圓柱管、長方體、球體等容器中作為儲熱單元，由多個相變儲熱單元組成集熱器的儲熱系統(tǒng)。這種封裝方式儲熱單元與傳熱介質(zhì)可充分接觸，有助于PCM的熔化和凝固，提升儲放熱效率。Krishnananth 等把石蠟封裝在圓柱形鋁容器中作為儲熱單元，研究了儲熱單元在雙通道太陽能集熱器中放置位置對集熱器性能的影響。結(jié)果表明，儲熱單元放在吸收板上面的設(shè)計性能最好。Arfaoui等設(shè)計了一款具有儲熱功能的緊湊型太陽能空氣集熱器，儲熱系統(tǒng)由兩層封裝有PCM的球形儲熱單元組成。華維三等把復(fù)合三水乙酸鈉封裝在球形容器中作為儲熱單元，基于相變儲熱球體設(shè)計了一種新型無水箱相變蓄熱式太陽能集熱器。Raj等通過數(shù)值模擬研究了集熱器參數(shù)對矩形封裝石蠟相變特性的影響。Sudhakar等提出在吸熱板表面球形容器中封裝PCM的設(shè)計，以擴(kuò)大傳熱面積，實驗結(jié)果表明，集成球形封裝PCM可以提高集熱器的出口空氣溫度和熱效率，圖2是PCM球形封裝示意圖。
圖2 PCM球形封裝示意圖
2.2 整體封裝
整體封裝是根據(jù)集熱器結(jié)構(gòu)把PCM作為一個整體集成在集熱器中，這種封裝方式能夠提升集熱組件與儲熱單元間的傳熱效率，減少熱損失、提高熱利用率。Yang等研究了光伏板底部整體封裝PCM對PV/T性能的影響，結(jié)果表明，集成PCM使PVT的熱效率提高了11.49%，電效率提高了1.18%。Bazri等提出把PCM整體封裝在真空管集熱器公共歧管中的緊湊型設(shè)計，通過數(shù)值研究發(fā)現(xiàn)，該集熱器比普通集熱器的熱性能更好。Pawar等提出一種在熱管式真空管集熱器的真空內(nèi)管中充滿PCM的設(shè)計，能夠延長集熱器的運行時間。Verma等根據(jù)平板雙通道太陽能空氣集熱器結(jié)構(gòu)把PCM整體封裝在吸熱板下方，并通過數(shù)值模擬分析發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量流量為0.05 kg/s時集熱器熱效率最大，PCM整體封裝結(jié)構(gòu)如圖3所示。Brahma等提出在太陽能空氣集熱器吸熱板底部整體封裝PCM的設(shè)計，并研究了不同種類PCM對集熱器熱性能的影響，結(jié)果表明，集成PCM提高了集熱器出口空氣溫度，且集成石蠟的集熱器熱效率最高。
圖3 PCM整體封裝示意圖
3 集成式太陽能集熱器研究進(jìn)展
基于相變儲熱的集成式太陽能集熱器是在太陽能集熱器中集成PCM，利用PCM恒溫相變、高儲熱密度的特性優(yōu)化集熱器性能。本節(jié)主要討論平板太陽能集熱器、真空管太陽能集熱器和PV/T太陽能集熱器與PCM集成的性能和經(jīng)濟(jì)性。
3.1 平板集熱器
平板集熱器因其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好而應(yīng)用最廣，但存在熱損失大、效率低的問題，而集成PCM可以降低熱損失，提高集熱效率和穩(wěn)定性，圖4是集成式平板集熱器示意圖。El Khadraoui等研究了集成PCM對集熱器熱性能的影響，結(jié)果表明，集成PCM使集熱器出口空氣溫度提高了3~7 ℃，日平均熱效率提高了16%。Muthukumaran等研究了集成螺旋管封裝的相變儲熱單元對太陽能空氣集熱器熱性能的影響。實驗結(jié)果表明，集成螺旋形儲熱單元使集熱器日平均熱效率和?效率分別提高了28.13%和0.9%。Vengadesan等對比分析集成圓柱形封裝PCM的太陽能集熱器與普通集熱器的熱性能。結(jié)果表明，集成式集熱器的總有效集熱量增加了60.5%，頂部熱損失減少了37.7%。Tuncer等通過數(shù)值模擬和實驗方法分析了集成相變儲熱單元的集熱器與普通集熱器的熱性能。集成PCM使集熱器平均熱效率最大提高了39.23%，平均?效率提高了3.42%。
圖4 集成式平板集熱器示意圖
研究人員針對PCM種類、封裝形式、集熱器結(jié)構(gòu)和流量等參數(shù)對集熱器性能的影響進(jìn)行了研究。Koca等提出一種在平板集熱器底部充滿CaCl2·6H2O、兩側(cè)裝有反射面的新型設(shè)計，并對該集熱器進(jìn)行了熱性能分析。Bouadila等研究了集成球形封裝PCM填充床的太陽能空氣集熱器熱性能，該集熱器具有很好的穩(wěn)定性，受太陽輻射波動的影響較小。Ghiami等研究了不同流量下集成式太陽能空氣集熱器的熱性能。結(jié)果表明，在0.017 kg/s的流量下，集熱器的日平均熱效率和?效率最高。Raj等對比分析了PCM矩形封裝和圓柱形封裝對太陽能空氣集熱器熱性能的影響。結(jié)果表明，圓柱形封裝的儲放熱效果更好，集熱器的熱效率更高。Ahmadi等通過數(shù)值模擬研究了相變儲熱單元放置位置對集熱器熱性能的影響，結(jié)果表明，儲熱單元最佳放置位置是集熱器末端，且間距為15 cm時，平均熱效率最高。Brahma等研究了集成石蠟、硬脂酸和乙酰胺的集熱器熱性能，在相同條件下測試發(fā)現(xiàn)，集成硬脂酸的集熱器熱效率最高，集成乙酰胺的集熱器?效率最高。
除了對集成式集熱器的熱性能進(jìn)行研究外，研究人員還對集成PCM的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了研究，主要關(guān)注的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是投資回收期和平準(zhǔn)化供熱成本(LCOH)。研究結(jié)果表明，集成式集熱器的LCOH為0.018~0.035 USD/kWh，比普通集熱器低；投資回收期通常為0.22~2.17 a。圖5是太陽能空氣集熱器(A-Ⅰ)與集成式太陽能空氣集熱器(A-Ⅱ)的LCOH和投資回收期對比。
圖5 A-Ⅰ與A-Ⅱ的LCOH和投資回收期對比
3.2 真空管集熱器
真空管集熱器熱效率較高，但存在過熱、熱分層及用能不匹配的問題，而集成PCM可以進(jìn)一步提高集熱器熱效率，消除過熱問題，延長有效運行時間，圖6是集成式真空管集熱器示意圖。
圖6 集成式真空管集熱器示意圖
Papadimitratos等提出一種將PCM集成在真空管中的創(chuàng)新設(shè)計，并在相同條件下進(jìn)行實際測試，發(fā)現(xiàn)該集熱器熱效率比傳統(tǒng)集熱器高26%。Naghavi等提出了一種在真空管集熱器歧管中封裝PCM的設(shè)計，在不同流速和天氣條件下進(jìn)行了實驗測試發(fā)現(xiàn)，該集熱器熱效率波動范圍約為8%，穩(wěn)定性較好，且消除了熱管過熱和歧管中熱分層的問題。Chopra等研究了集成PCM對真空管集熱器熱性能的影響。結(jié)果表明，集成SA-67作為儲熱材料，使真空管集熱器的日平均熱效率(DTHE)提高了32%~37%。Chopra等對比分析了集成式真空管集熱器(PA-ETC)與真空管集熱器(WS-ETC)的熱性能。結(jié)果表明，在流量為0.4 L/h時，PA-ETC的日平均熱效率最高，比WS-ETC的高24.82%；在流量為0.13 L/h時，PA-ETC的日平均?效率(DEXE)最高，比WS-ETC的高6.33%，圖7是WS-ETC與PA-ETC的熱效率和?效率對比圖。
圖7 WS-ETC與PA-ETC的熱效率和?效率對比圖
PCM種類、集熱器設(shè)計參數(shù)及流量是影響集成式真空管集熱器性能的主要參數(shù)。劉艷峰等研究了PCM熔點和工質(zhì)質(zhì)量流速對真空管集熱器熱性能的影響。結(jié)果表明，集成式集熱器出口溫度峰值最大降低了10.6 K，有效運行時間延長了1.0~3.7 h。Olfian等研究了真空管直徑對集熱器出口溫度和PCM熔化/凝固的影響，結(jié)果表明，直徑為6 mm時，PCM液體分?jǐn)?shù)和流體出口溫度分別提高了25%和13.5%，且日平均熱效率最高提高了48.5%。Pathak等研究了流量對集成式真空管集熱器熱性能的影響，測試期間日累計太陽輻射量為26.93~28.50 MJ/m2，日平均溫度為30.14~32.22 ℃。結(jié)果表明，集熱器流量為0.50 L/min時能量效率最大，達(dá)到了86.71%；流量為0.17 L/min時?效率最大，達(dá)到了24.01%。Wu等研究了PCM物性參數(shù)對集成式真空管集熱器的影響，結(jié)果表明，隨著PCM密度、比熱容和熔化溫度的增加，降低了集熱器的流體出口溫度峰值，增加了有效集熱時間。
在集成式真空管集熱器的經(jīng)濟(jì)分析中，研究人員主要關(guān)注平準(zhǔn)化能源成本、熱水生產(chǎn)成本和投資回收期等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。研究結(jié)果表明，集成式真空管集熱器生產(chǎn)1 L熱水的成本為0.08~0.38 USC，比普通真空管集熱器(熱水成本0.48~0.56 USC/L)低；投資回收期通常為3.26~6 a；平準(zhǔn)化能源成本為2.55 INR/kWh。
3.3 光伏/熱集熱器
集成式PV/T集熱器中，在光伏電池下方填充了PCM，利用PCM恒溫相變的特性，使PV電池溫度保持在最佳發(fā)電效率區(qū)間內(nèi)，以提升發(fā)電效率和集熱效率，圖8是集成式PV/T集熱器示意圖。Preet等研究了集成石蠟對PV/T集熱器性能的影響，結(jié)果表明，集成PCM使光伏板的表面溫度降低了53%，最大電效率提高了1.94%。Gaur等通過數(shù)值模擬研究了集成PCM對PV/T性能的影響。結(jié)果表明，集成PCM對PV/T集熱器的有用熱能、電效率和熱效率都有一定提升。Hosseinzadeh等研究了集成PCM對納米流體基PV/T集熱器(NPV/T)性能的影響。結(jié)果表明，集成PCM使NPV/T的平均電、熱和整體能量效率分別提高了0.61%、11.8%和12.41%，平均熱能?和電能?效率分別提高了0.71%和0.53%。Prakash等通過實驗方法對比PV/T和PV/T-PCM集熱器的性能。結(jié)果表明，集成PCM使集熱器的平均電效率、熱效率、整體能量效率和?效率分別提高了2.58%、20.05%、14.69%和1.57%，光伏板平均溫度降低了18.29%。
圖8 集成式PV/T集熱器示意圖
通過文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，PCM種類及厚度、PV/T流道設(shè)計和環(huán)境參數(shù)是影響集成式PV/T集熱器性能的主要參數(shù)。Hossain等提出一種雙側(cè)蛇形流道設(shè)計的集成式PVT集熱器，通過能量和?分析發(fā)現(xiàn)，該集熱器流量為4 L/min時電效率最大，2 L/min時熱效率最大，0.5 L/min時平均?效率最大。Su等研究了PCM熔點和厚度對集成式PV/T集熱器性能的影響。結(jié)果表明，集成厚度為3.4 cm、熔點為40 ℃的PCM層使PV/T的總輸出能量最大。Fayaz等研究了工況對集成式PV/T集熱器性能的影響，結(jié)果表明，隨著體積流量的增加，集熱器的電效率和熱效率均有一定程度的提升。Taqi、Al-Najjar等提出一種相關(guān)性建模的方法，并對PCM-PV/T集熱器進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)電量主要取決于太陽輻照度；熱能和熱?對環(huán)境溫度和風(fēng)速非常敏感；隨著輻照度的升高，熱能的上升效率是電能的4.5倍。
在集成式PV/T集熱器的經(jīng)濟(jì)分析中，研究人員主要關(guān)注發(fā)電成本、生命周期轉(zhuǎn)化率和投資回收期等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。研究結(jié)果表明，PCM-PV/T的初期投資成本很高，但投資回收期較短，長期來看經(jīng)濟(jì)性較好，投資回收期通常為2.1~6 a；發(fā)電成本通常為0.026~0.53 USD/kWh，生命周期轉(zhuǎn)化率通常為0.028~0.14。圖9所示是PV/T與PCM-PV/T發(fā)電成本的對比。
圖9 PV/T與PCM-PV/T發(fā)電成本對比
4 集成式集熱器性能優(yōu)化
集成PCM對太陽能集熱器性能有顯著提升，但也存在一些明顯缺陷，最為突出的是PCM熱導(dǎo)率較低，不利于熱量儲存和釋放。因此，研究人員為進(jìn)一步提升集成式集熱器性能，在強(qiáng)化傳熱方面進(jìn)行了大量研究，目前強(qiáng)化傳熱技術(shù)主要有增加翅片、提升PCM導(dǎo)熱性能及應(yīng)用微熱管。
4.1 增加翅片
增加翅片能為集熱組件與PCM之間的熱傳遞提供額外表面積和熱導(dǎo)率，有助于提高PCM儲放熱效率。Abokersh等研究了翅片和PCM對真空管集熱器熱性能的影響，結(jié)果表明，翅片對改善PCM傳熱特性、增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要作用。Essa等為提高石蠟的導(dǎo)熱性，在真空管中增加了翅片結(jié)構(gòu)，研究了翅片對集熱器效率和儲放熱速率的影響。Essa等還研究了螺旋銅翅片和傳統(tǒng)鋁翅片對集成式真空管集熱器熱性能的影響，結(jié)果表明，添加螺旋翅片的集熱器中PCM的溫度均勻性更好，集熱器效率更高。Badiei等通過數(shù)值模擬研究了集成PCM和翅片對集熱器熱性能的影響，結(jié)果表明，翅片對集熱效率的提升取決于PCM熔化溫度，選擇合適熔點的相變材料后，再添加翅片能夠有效提升集熱器熱效率，結(jié)構(gòu)示意圖如圖10所示。Singh等提出在吸熱板底部加裝66個圓管狀翅片的設(shè)計，并對不同配置的集熱器進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明，與集成式集熱器相比，帶翅片集成式集熱器的空氣出口溫度提高了5 ℃，日平均熱效率提高了10%，運行時間增加了0.7 h/d。
圖10 帶翅片的集成式集熱器示意圖
4.2 提升PCM導(dǎo)熱性
提升PCM導(dǎo)熱性是在PCM中添加高導(dǎo)熱性材料(如：碳基材料、金屬泡沫材料和納米材料等)，制備出具有高導(dǎo)熱性的復(fù)合PCM，通過提高PCM的儲放熱效率來提升集熱器性能，表1統(tǒng)計了3種集熱器中集成高導(dǎo)熱性復(fù)合PCM的研究進(jìn)展。
表1 高導(dǎo)熱性復(fù)合PCM的集成研究
4.3 應(yīng)用微熱管
微熱管是一種高效的傳熱元件，具有良好的熱傳遞性和溫度均勻性，應(yīng)用在集成式集熱器中可以提升相變儲熱單元的儲放熱效率。Wang等提出一種在集成式太陽能空氣集熱器中應(yīng)用扁平微熱管陣列作為核心傳熱元件的設(shè)計。Wang等研究了應(yīng)用扁平微熱管陣列的集成式集熱器的熱性能，結(jié)果表明，該集熱器的儲放熱效率分別為67.5%和98.5%，且具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。Wang等對應(yīng)用扁平微熱管陣列(FMHPA)的集成式太陽能空氣集熱器進(jìn)行了實驗研究。結(jié)果表明，在平均太陽輻照度為810 W/m2，平均氣溫為30.3 ℃時，該集熱器的集熱效率達(dá)到了80.59%。Tamuli等提出在集成式真空管集熱器中應(yīng)用微熱管陣列的設(shè)計，通過瞬態(tài)數(shù)值研究發(fā)現(xiàn)，該設(shè)計提高了集熱器的出口溫度，延長了運行時間。Zhang等通過數(shù)值模擬研究了基于搭接式扁平微熱管陣列的集成式太陽能空氣集熱器的熱性能。結(jié)果表明，該集熱器具有優(yōu)異的熱性能和良好的儲放熱效率。
5 結(jié)論與展望
集成相變儲熱技術(shù)是提升太陽能集熱器性能的重要方向之一。目前基于相變儲熱的集成式太陽能集熱器主要以平板集熱器、真空管集熱器及PV/T集熱器等中低溫集熱器為研究對象。本文從理論分析方法、封裝技術(shù)、性能、經(jīng)濟(jì)性和強(qiáng)化傳熱五個方面對集成式太陽能集熱器的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，結(jié)論如下：
（1）在集成式太陽能集熱器的理論分析中，最常用的是能量分析、?分析和經(jīng)濟(jì)性分析方法，關(guān)于評估環(huán)境影響方面的研究較少；
（2）PCM的選擇對集熱器性能有直接影響，通常選擇儲熱密度大、體積變化小、無腐蝕性和成本低等特性的PCM，且必須進(jìn)行封裝，目前集成式集熱器中常用的封裝方式是幾何封裝和整體封裝；
（3）平板集熱器中集成PCM能降低吸熱板溫度，減少熱損失，使熱效率和?效率最高提高了39.23%和3.42%，并降低了平準(zhǔn)化供熱成本；
（4）真空管集熱器中集成PCM能延長有效運行時間，提升熱性能，熱和?效率最高提高了37%和6.33%，并縮短了投資回收期，降低了產(chǎn)熱成本；
（5）PV/T集熱器中集成PCM使集熱器平均電和熱效率分別最高提高了2.58%和20.05%、平均整體能量和?效率分別最高提高了14.69%和1.57%，其中熱效率提升較大，并能延長PV/T的使用壽命，降低發(fā)電成本；
（6）針對PCM低熱導(dǎo)率問題，研究人員通常采用增加翅片、提升PCM導(dǎo)熱性能及應(yīng)用微熱管的強(qiáng)化傳熱技術(shù)。
總之，集成PCM有利于提升太陽能集熱器的性能及經(jīng)濟(jì)性，但受限于PCM的安全性和高成本問題，推廣應(yīng)用仍然較少，未來可以從開發(fā)低成本、安全的新型復(fù)合PCM、封裝材料與技術(shù)等方面進(jìn)行深入探索。
