光伏-太阳能热泵系统中的关键问题研究

本项目突破传统的被动式太阳能光电/光热综合利用思路，把热泵循环和光电/光热转换有机结合在一起，提出了光伏-太阳能热泵（PV-SAHP）系统的思想，PV-SAHP系统以太阳辐照为驱动热源，可以同时向建筑物提供热能和补充光伏电力。在PV-SAHP系统中，由于光伏电池在工质蒸发的低温条件下进行工作，系统具有较高的光-电效率；同时，热泵循环以太阳辐照作为蒸发热源，性能系数（COP）也明显提高。本项目结合P 2100433B

本项目把采用相同工质的热管循环、热泵循环与太阳能光电/光热综合利用技术有机结合起来，提出了光伏-太阳能热泵/热管复合(PV-SAHP/HP)系统的思想。PV-SAHP/HP系统以太阳辐照、空气为主辅热源，具有冬季采暖、夏季制冷、全年制取生活热水及提供光伏电力等功能。由于工质的蒸发冷却使得光伏电池具有较高的光电转换效率；同时，以太阳辐照为热源，热泵的性能系数得以明显提高；另外，由于具有热管运行模式，大幅度减少了热泵的运行时间和耗电量。本项目结合PV-SAHP/ HP复合系统的运行特性，对如下问题进行研究：系统工质充注量对热管、热泵热力循环的影响；蒸发器结构参数对系统性能的影响；系统不同应用模式下的切换控制原则；光电转换、光热转换、热管循环与热泵循环四者间的最佳热力学关系等问题。研究结果可为PV-SAHP/HP复合系统的优化设计和性能分析提供指导性参考，具有较强的学术研究价值和工程应用前景。

本项目把采用相同工质的热管循环、热泵循环与太阳能光电/光热综合利用技术有机结合起来，提出来光伏-太阳能热泵/热管复合（PV-SAHP/HP）系统的思想。PV-SAHP/HP系统以太阳辐照、空气为主辅热源，具有冬季采暖、夏季制冷、全年制取生活热水及提供光伏电力等功能。由于工质的蒸发冷却使得光伏电池具有较高的光电转换效率；同时，以太阳辐照为热源，热泵的性能系数得以明显提高；另外，由于具有热管运行模式，大幅度减少了热泵的运行时间和耗电量。该系统可以提高太阳能的利用率，实现了太阳能应用更好的集成化，无论是在民用还是工业应用上都具有非常好的前景。本项目结合PV-SAHP/ HP 复合系统的运行特性，对系统工质充注量对热管、热泵热力循环的影响；光伏蒸发器结构参数对系统性能的影响；不同季节、不同气象条件下系统的性能及系统全年的性能进行了模拟；系统不同应用模式下的切换控制原则；光电转换、光热转换、热管循环与热泵循环四者间的最佳热力学关系等基础问题进行研究。建立了光伏蒸发器内工质两相流动传热模型，对光伏蒸发器的进行了管路优化设计；建立了热泵系统的系统模拟模型，对热泵系统的几大关键部件如压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀（毛细管）等进行了模拟优化；建立了热管式蒸发器的传热模型，对热管数量、吸热材料、光伏覆盖率等问题进行了优化设计；建立了热泵热管复合系统的实验测试平台，在实验的基础上结合模拟对系统进行了进一步的优化；建立了环形热管式太阳能热水系统测试平台，对不同充注量下热管制热水的性能进行了实验研究，得出了系统的最佳充注量；对热管式太阳能热水系统进行了全年的模拟，得出了在合肥典型气象年参数下热水器的实际运行时间和可节约的能量，为系统的设计提供了理论依据；对热管式PV/T有无玻璃盖板对系统性能的影响进行了实验研究。以上工作内容为PV-SAHP/HP 复合系统的优化设计和性能分析提供指导性参考，具有较强的学术研究价值和工程应用前景。项目组完成了课题申请中的全部研究目标及研究内容。 2100433B

绝热演化作为一种新型量子计算模型，当它刚被提出时就受到了广泛的关注。本文在相关绝热计算研究的基础上，考虑了在绝热量子计算环境下，绝热搜索算法中若干关键问题，研究了绝热演化路径的适用性、绝热算法的量子线路模型、先验概率分布对设计高效绝热算法的作用、推广量子态保真度与绝热算法性能之间关系等。 本文得到的主要结论是： 1．讨论了一般化模型插值路径在绝热计算中的局限性。研究发现，即使系统的保真度不为零，若该模型被赋予不恰当的实例，相对常规类型绝热演化，所得到绝热计算将无优势甚至可能完全失效，即算法时间复杂度无无穷大，从而提示我们在设计绝热算法时，此类型演化路径的使用并不能随意。 2．首次全面地研究了额外驱动哈密顿量在绝热计算中的实用性，即经过研究发现，当额外驱动哈密顿量形式固定时，若其前面系数配置不当的话，所得绝热算法将会完全失效；当系统绝热演化路径形式相对固定，但允许额外驱动哈密顿量形式变化时，仅特定形式的额外驱动哈密顿量可以被用来提高绝热算法效率，而此形式正好为已知几乎所有文献中所广泛使用，从而给出这一现象的一种很好解释。 3．解决了全局绝热演化的正确量子线路实现问题，所获的线路模型下时间分片数与绝热算法的时间复杂度是一致的，而之前能够得到的结论是局部绝热计算的演化时间是与其对应量子线路模型实现时的时间分片数相吻合的；基于此，首次给出一种非线性绝热演化的量子线路模型实现。 4．将常规绝热搜索算法中所有数据元素等幅叠加方式看成是以这些数据元素的先验概率分布方式组织时的特殊情形，研究了数据元素的先验概率分布对绝热算法性能的影响。并且发现，若适当利用这些先验概率分布的信息，相应的绝热算法性能可以大大得到改善。 5．改进了相关文献给出布尔函数估计的绝热算法设计，得到即使不添加辅助驱动哈密顿量的常规绝热演化亦能够于常数时间复杂度内实现布尔函数估计的目标。 6. 证明了具有一般化模型的绝热演化同样可以利用系统初末态之间的保真度来估算对应算法时间复杂度，从而可以摆脱依赖绝热定理来估算绝热算法时间复杂性度的限制，同时也为估算绝热计算所需关键系统资源提供导向作用；另一方面，这一研究结果也可以看成是对之前相关文献中提出相关公开问题的一个部分回答。