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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:侯東甫
研究生(外文):Tung-Fu Hou
論文名稱:利用蓄冷熱替代蓄電的太陽能空調系統研究
論文名稱(外文):Study of Solar Air Conditioning System with Thermal Storage to Replace Battery Storage
指導教授:黃秉鈞黃秉鈞引用關係
指導教授(外文):Bin-Juine Huang
口試委員:陳希立李綱顏瑞和陳一飛
口試日期:2017-06-09
學位類別:博士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:機械工程學研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:75
中文關鍵詞:太陽能空調儲能太陽能發電太陽能冷暖氣
外文關鍵詞:Solar PV generationEnergy storagesolar air conditioning
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台大新能源中心開發的「混合型發電自用太陽光發電系統」(hybrid PV
system HyPV)主要用來推動空調機,太陽光發電與冷氣負載同步,又因空調機開機時段不一定與太陽光發電同步(例如白天不使用空調機),必須設置昂貴的蓄電池蓄電。本研究將空調機設計成具有儲能(冷或熱)的功能,稱為「儲能式太陽能空調系統(HyPV-Z)」,利用白天多餘太陽電力由空調機儲冷熱,用水當介質,替代蓄電,並且可回收廢冷或廢熱。本研究共開發三種系統進行實測:
1. HyPV-Z1: 所儲存的冷能,透過冷房的冷水器(Fan-coil unit, FCU)釋冷,減少空調機負荷(省電)達到間接利用多餘太陽電力目的(蓄冷替代蓄電)。
2. HyPV-Z2: 為HyPV-Z1 的改良型I,將原設置於冷房的FCU 移到室外機側(冷凝器),將多餘太陽電力所儲存的冷能用來冷卻變頻空調機的冷凝器,降低冷凝溫度,提高變頻空調機的COP。
3. HyPV-Z2a: 將HyPV-Z1 的改良型I (HyPV-Z2)空氣換熱器取消,直接將多餘太陽電力所儲存的冷水用來冷卻串聯在變頻空調機冷凝器後端的水冷器(water cooler),降低冷凝溫度,提高變頻空調機的COP。
由測試結果獲致如下結論:
1. 實驗證明,三種儲能式太陽能空調系統都可以用蓄冷熱替代蓄電,降低太陽光發電系統的成本。
2. HyPV-Z1 先利用太陽能多餘的電來製冷水並儲存於儲能桶(模式C),等使用冷氣時,再將冷水送至冷房FCU 進行室內降溫,減少空調機耗電,此時儲能空調機冷氣模式(Ap 模式)的COP 平均6.01,比原機的冷氣性能(A 模式)COP平均5.2 提高,所降低的耗電量等於太陽餘電量,太陽餘電儲冷可以完全替代蓄電。
3. HyPV-Z2(改良型I)在暖氣運作時,先利用太陽能餘電製熱水並儲存於儲能桶(模式D),於使用冷氣時,再將熱水送至水排對室外機的蒸發器釋熱,其COP 達6.04,相較於原空調機暖氣模式(B 模式) COP 5.2 提升約30%,證明太陽餘電儲熱可以替代蓄電。
4. HyPV-Z2a(改良型II)利用HyPV 多餘太陽電力蓄冷(Ce 模式)之COP 可達4.33,於冷氣機啟動時利用儲存的冷水釋冷(Ae 模式)的COP 可達6.62,比原機冷氣運轉(模式A)之COP (4.66) 提升42%,亦即可將太陽餘電利用儲冷轉移至冷氣運轉時刻應用。
The hybrid PV system (HyPV) developed by NTU is used to drive air conditioners which operation may not be in phase with solar radiation and expensive battery storage may be needed. An air conditioner with thermal storage is developed in the present study to replace battery storage, called “HyPV-Z”, which utilizes excess PV power to converted into thermal energy to store in hot or cold water tank. Three kinds of systems are developed:
1. HyPV-Z1: using a FCU (fan-coil unit) installed in cooling room to utilize the stored cold water for cooling of room.
2. HyPV-Z2: improvement I of PV-Z1 to move the FCU to outdoor to cool the condenser to reduce power consumption of air conditioner.
3. HyPV-Z2a: improvement II of PV-Z1 to eliminate the outdoor FCU and direct cool the heat exchanger after the condenser to reduce condenser temperature.
The following conclusions are made by the research:
1. Three systems developed are proved experimentally to be able to use thermal storage to replace battery to reduce the HyPV-A cost.
2. HyPV-Z1 utilize excess PV power for cold storage and released when air conditioning is turned on. The COP reaches 6.01 which is higher than the original air conditioner before modification with COP 5.2. This proves the cold storage is effective in replacing battery storage.
3. HyPV-Z2 obtainCOP 6.04 running in heating mode with heat release from the hot storage. This is about 30% higher than the COP of the original air conditioning running in heat mode. This proves the hot storage is effective in replacing battery storage.
4. HyPV-Z2a obtain a COP 4.33 when running with cooling mode with cold release fro the cold storage, about 42% higher than that of the original air conditioner running in cooling mode. This proves the cold storage is effective in replacing battery storage.
誌謝 I
摘要 II
Abstract IV
目錄 VI
圖目錄 VIII
表目錄 XIII
第一章 前言 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究目的與內容 5
第二章 儲能式太陽能空調系統開發(HyPV-Z1) 6
2.1 儲能式太陽能空調系統運轉原理 6
2.1-1 儲能式空調系統 6
2.1-2 太陽輻射預測模型 7
2.2 儲能式太陽能空調系統設計與製作 10
2.2-1 儲能空調系統 10
2.2-2 太陽能發電系統(HyPV) 14
2.2-3 冷房零能屋(ZEH-1) 16
2.3 儲能式太陽能空調系統(測試HyPV-Z1) 36
2.3-1 太陽光發電測試 36
2.3-2 儲能式太陽能冷氣系統(HyPV-Z1)測試 38
2.3-3 啟動冷水釋冷的冷氣運轉性能測試(模式 Ap) 45
第三章 儲能式太陽能空調系統改良HyPV-Z2 48
3.1 儲能式空調系統改良 48
3.2 儲能式空調系統改良型I的運作原理 52
3.3 儲能式空調系統改良型I的測試分析 55
3.3-1 儲能式空調系統改良型I的自動操作測試 55
3.3-2 儲能式空調系統改良型I的熱泵測試 55
3.3-3 儲能式空調系統改良型I的冷氣測試 58
第四章 儲能式太陽能空調系統改良型II 60
4.1 儲能式空調系統改良型II設計 60
4.2 儲能式空調系統改良型II冷氣釋冷測試(Ae模式) 63
4.3 儲能式空調系統改良型II太陽能冷氣測試(Ce模式) 65
4.4 儲能式空調系統改良型II的暖氣釋熱測試(Be模式) 67
4.5 儲能式空調系統改良型II太陽餘電暖氣儲熱測試(De模式) 69
第五章 討論與結論 70
4.1 討論 70
4.2 結論 71
4.3 未來展望 72
參考文獻 73
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