光伏-太陽能熱泵系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題研究

本項目突破傳統(tǒng)的被動式太陽能光電/光熱綜合利用思路，把熱泵循環(huán)和光電/光熱轉(zhuǎn)換有機結(jié)合在一起，提出了光伏-太陽能熱泵（PV-SAHP）系統(tǒng)的思想，PV-SAHP系統(tǒng)以太陽輻照為驅(qū)動熱源，可以同時向建筑物提供熱能和補充光伏電力。在PV-SAHP系統(tǒng)中，由于光伏電池在工質(zhì)蒸發(fā)的低溫條件下進行工作，系統(tǒng)具有較高的光-電效率；同時，熱泵循環(huán)以太陽輻照作為蒸發(fā)熱源，性能系數(shù)（COP）也明顯提高。本項目結(jié)合P 2100433B

本項目把采用相同工質(zhì)的熱管循環(huán)、熱泵循環(huán)與太陽能光電/光熱綜合利用技術(shù)有機結(jié)合起來，提出了光伏-太陽能熱泵/熱管復(fù)合(PV-SAHP/HP)系統(tǒng)的思想。PV-SAHP/HP系統(tǒng)以太陽輻照、空氣為主輔熱源，具有冬季采暖、夏季制冷、全年制取生活熱水及提供光伏電力等功能。由于工質(zhì)的蒸發(fā)冷卻使得光伏電池具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率；同時，以太陽輻照為熱源，熱泵的性能系數(shù)得以明顯提高；另外，由于具有熱管運行模式，大幅度減少了熱泵的運行時間和耗電量。本項目結(jié)合PV-SAHP/ HP復(fù)合系統(tǒng)的運行特性，對如下問題進行研究：系統(tǒng)工質(zhì)充注量對熱管、熱泵熱力循環(huán)的影響；蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響；系統(tǒng)不同應(yīng)用模式下的切換控制原則；光電轉(zhuǎn)換、光熱轉(zhuǎn)換、熱管循環(huán)與熱泵循環(huán)四者間的最佳熱力學(xué)關(guān)系等問題。研究結(jié)果可為PV-SAHP/HP復(fù)合系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計和性能分析提供指導(dǎo)性參考，具有較強的學(xué)術(shù)研究價值和工程應(yīng)用前景。

本項目把采用相同工質(zhì)的熱管循環(huán)、熱泵循環(huán)與太陽能光電/光熱綜合利用技術(shù)有機結(jié)合起來，提出來光伏-太陽能熱泵/熱管復(fù)合（PV-SAHP/HP）系統(tǒng)的思想。PV-SAHP/HP系統(tǒng)以太陽輻照、空氣為主輔熱源，具有冬季采暖、夏季制冷、全年制取生活熱水及提供光伏電力等功能。由于工質(zhì)的蒸發(fā)冷卻使得光伏電池具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率；同時，以太陽輻照為熱源，熱泵的性能系數(shù)得以明顯提高；另外，由于具有熱管運行模式，大幅度減少了熱泵的運行時間和耗電量。該系統(tǒng)可以提高太陽能的利用率，實現(xiàn)了太陽能應(yīng)用更好的集成化，無論是在民用還是工業(yè)應(yīng)用上都具有非常好的前景。本項目結(jié)合PV-SAHP/ HP 復(fù)合系統(tǒng)的運行特性，對系統(tǒng)工質(zhì)充注量對熱管、熱泵熱力循環(huán)的影響；光伏蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響；不同季節(jié)、不同氣象條件下系統(tǒng)的性能及系統(tǒng)全年的性能進行了模擬；系統(tǒng)不同應(yīng)用模式下的切換控制原則；光電轉(zhuǎn)換、光熱轉(zhuǎn)換、熱管循環(huán)與熱泵循環(huán)四者間的最佳熱力學(xué)關(guān)系等基礎(chǔ)問題進行研究。建立了光伏蒸發(fā)器內(nèi)工質(zhì)兩相流動傳熱模型，對光伏蒸發(fā)器的進行了管路優(yōu)化設(shè)計；建立了熱泵系統(tǒng)的系統(tǒng)模擬模型，對熱泵系統(tǒng)的幾大關(guān)鍵部件如壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥（毛細管）等進行了模擬優(yōu)化；建立了熱管式蒸發(fā)器的傳熱模型，對熱管數(shù)量、吸熱材料、光伏覆蓋率等問題進行了優(yōu)化設(shè)計；建立了熱泵熱管復(fù)合系統(tǒng)的實驗測試平臺，在實驗的基礎(chǔ)上結(jié)合模擬對系統(tǒng)進行了進一步的優(yōu)化；建立了環(huán)形熱管式太陽能熱水系統(tǒng)測試平臺，對不同充注量下熱管制熱水的性能進行了實驗研究，得出了系統(tǒng)的最佳充注量；對熱管式太陽能熱水系統(tǒng)進行了全年的模擬，得出了在合肥典型氣象年參數(shù)下熱水器的實際運行時間和可節(jié)約的能量，為系統(tǒng)的設(shè)計提供了理論依據(jù)；對熱管式PV/T有無玻璃蓋板對系統(tǒng)性能的影響進行了實驗研究。以上工作內(nèi)容為PV-SAHP/HP 復(fù)合系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計和性能分析提供指導(dǎo)性參考，具有較強的學(xué)術(shù)研究價值和工程應(yīng)用前景。項目組完成了課題申請中的全部研究目標(biāo)及研究內(nèi)容。 2100433B

絕熱演化作為一種新型量子計算模型，當(dāng)它剛被提出時就受到了廣泛的關(guān)注。本文在相關(guān)絕熱計算研究的基礎(chǔ)上，考慮了在絕熱量子計算環(huán)境下，絕熱搜索算法中若干關(guān)鍵問題，研究了絕熱演化路徑的適用性、絕熱算法的量子線路模型、先驗概率分布對設(shè)計高效絕熱算法的作用、推廣量子態(tài)保真度與絕熱算法性能之間關(guān)系等。 本文得到的主要結(jié)論是： 1．討論了一般化模型插值路徑在絕熱計算中的局限性。研究發(fā)現(xiàn)，即使系統(tǒng)的保真度不為零，若該模型被賦予不恰當(dāng)?shù)膶嵗鄬ΤＲ?guī)類型絕熱演化，所得到絕熱計算將無優(yōu)勢甚至可能完全失效，即算法時間復(fù)雜度無無窮大，從而提示我們在設(shè)計絕熱算法時，此類型演化路徑的使用并不能隨意。 2．首次全面地研究了額外驅(qū)動哈密頓量在絕熱計算中的實用性，即經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)額外驅(qū)動哈密頓量形式固定時，若其前面系數(shù)配置不當(dāng)?shù)脑?，所得絕熱算法將會完全失效；當(dāng)系統(tǒng)絕熱演化路徑形式相對固定，但允許額外驅(qū)動哈密頓量形式變化時，僅特定形式的額外驅(qū)動哈密頓量可以被用來提高絕熱算法效率，而此形式正好為已知幾乎所有文獻中所廣泛使用，從而給出這一現(xiàn)象的一種很好解釋。 3．解決了全局絕熱演化的正確量子線路實現(xiàn)問題，所獲的線路模型下時間分片數(shù)與絕熱算法的時間復(fù)雜度是一致的，而之前能夠得到的結(jié)論是局部絕熱計算的演化時間是與其對應(yīng)量子線路模型實現(xiàn)時的時間分片數(shù)相吻合的；基于此，首次給出一種非線性絕熱演化的量子線路模型實現(xiàn)。 4．將常規(guī)絕熱搜索算法中所有數(shù)據(jù)元素等幅疊加方式看成是以這些數(shù)據(jù)元素的先驗概率分布方式組織時的特殊情形，研究了數(shù)據(jù)元素的先驗概率分布對絕熱算法性能的影響。并且發(fā)現(xiàn)，若適當(dāng)利用這些先驗概率分布的信息，相應(yīng)的絕熱算法性能可以大大得到改善。 5．改進了相關(guān)文獻給出布爾函數(shù)估計的絕熱算法設(shè)計，得到即使不添加輔助驅(qū)動哈密頓量的常規(guī)絕熱演化亦能夠于常數(shù)時間復(fù)雜度內(nèi)實現(xiàn)布爾函數(shù)估計的目標(biāo)。 6. 證明了具有一般化模型的絕熱演化同樣可以利用系統(tǒng)初末態(tài)之間的保真度來估算對應(yīng)算法時間復(fù)雜度，從而可以擺脫依賴絕熱定理來估算絕熱算法時間復(fù)雜性度的限制，同時也為估算絕熱計算所需關(guān)鍵系統(tǒng)資源提供導(dǎo)向作用；另一方面，這一研究結(jié)果也可以看成是對之前相關(guān)文獻中提出相關(guān)公開問題的一個部分回答。