真空管热管与抛物槽式太阳能集热器集成系统的?经济分析及多联产应用研究

本研究针对可再生能源多联产系统的效率与成本问题，通过实验集成真空管热管太阳能集热器(ETHPSC)和抛物槽式集热器(PTC)，结合有机朗肯循环(ORC)、碱性电解槽(AWE)和喷射制冷技术，实现电力、氢能(22.02 kg/年)与冷能联产。系统?效率达9.85%，氢成本低至2.075 $/kgH2，为清洁能源系统设计提供新范式。

　　

随着全球能源转型加速，太阳能多联产技术成为破解"碳中和"难题的关键路径。然而，现有研究多局限于单一太阳能集热器或理论模拟，缺乏对混合集热系统与多能联产的实验验证。更棘手的是，传统预加热依赖电加热器导致能耗激增，而绿色氢能生产成本居高不下（当前电解法制氢仅占全球2%产量）。针对这些瓶颈，中国研究人员在《International Journal of Hydrogen Energy》发表创新成果，首次将真空管热管太阳能集热器(ETHPSC)与抛物槽式集热器(PTC)实验集成，构建了电力-氢能-制冷多联产系统。

研究团队采用工程方程求解器(EES)建模与现场实验结合的方法，通过ETHSPC实现ΔT=20°C的预加热，再由PTC提升至ORC所需中高温。系统配置碱性电解槽(AWE)和喷射制冷单元，利用热力学平衡方程计算?损，并引入资本回收系数(CRF)评估经济性。

实验装置与流程
创新性采用ETHSPC-PTC串联布局，ETHSPC作为屋顶级低中温(≤150°C)预加热器，PTC提供ORC所需120-150°C热源。热传导油循环系统连接ORC发电机组，电能驱动AWE电解水制氢，余热驱动喷射制冷，形成能级梯级利用。

方法论与模型
建立包含23个状态点的热力学模型，设定太阳辐射I=800 W/m²等边界条件。关键参数如集热器面积A_c、热损系数U_L等通过实测校准，引入可持续性指数SI=1+?效率/100评估系统生态效益。

结果与讨论

1. 性能指标：系统能量效率12.25%，?效率9.85%，显著高于单一能源系统。PTC热损失率控制在4%以下，验证串联设计有效性。
2. 氢能经济性：年氢产量22.02 kg，单位成本2.075 $/kg_H2，较传统电解法降低30%。
3. 制冷性能：喷射制冷系数(COP)达0.32，满足建筑冷负荷20%需求。

结论与展望
该研究首次实现ETHSPC-PTC混合集热器的工业级多联产应用，通过?经济分析揭示：预加热阶段采用ETHSPC可降低PTC热应力，延长寿命；ORC与AWE的能效匹配使氢成本突破2.1 $/kg_H2临界点。未来通过反射镜表面自清洁技术，可进一步提升PTC效率至58%。这项成果为SDG7(经济适用清洁能源)目标提供了可复用的技术模板。