太阳能热电发电系统的实验与优化研究

【摘要】：太阳能作为可再生清洁能源的代表，具有储量大、清洁和利用方便的特点，是目前可再生清洁能源中应用最广泛的能源之一。太阳能热电发电是将太阳能传化为电能的重要方式之一，其具有无污染、无噪声、无运动部件、可靠性高和绿色环保等优点，前景广阔。本文通过对太阳能热电发电系统的理论研究和实验分析，得出了热电发电模块的发电特性和系统优化方法。 首先，分析了与热电发电密切相关的塞贝克、帕尔贴、汤姆逊、焦耳和傅里叶效应的基本原理，说明了他们在热电发电中的作用，并分析了各种效应之间的相互关系。同时说明了太阳能辐射的特点及其光谱，阐述了选择性吸收涂层的原理及其在太阳能热电发电中的作用，并介绍了太阳能热电发电系统的工作过程。在此基础上对热电发电过程建立了数学模型，讨论了其内部的传热和发电过程，给出了热量传递关系式及输出功率、效率的理论计算式，分析了热电发电模块的性能指标。 然后，对热电发电模块建立了性能测试台架，得出了单个模块和4模块阵列结构的输出功率随温差的变化曲线，指出多模块阵列结构不会使系效率恶化并可以显著提升热电发电系统的输出功率。同时，设计和建立了太阳能热电发电装置，并测试了其实际工作效果，在太阳辐照度在715W/m2、环境温度为100C右时，模块两端温差可达600C。进行了聚光光斑均匀性对系统发电性能影响的相关实验，得出高均匀度的聚光光斑有利于提升系统效率的结论。 最后，详细介绍了焦点均匀分布法菲涅尔聚光器的设计方法，并与传统的菲涅尔聚光器设计方法进行了模拟对比，模拟结果证明了采用焦点均匀分布法对聚光器透镜进行设计可以显著改善聚光光斑的均匀度，从而提升发电系统总体的效率。同时，对于焦点均匀分布法，采用二位结构的透镜的聚光光斑的均匀度要比采用一维结构的透镜要高。 【关键词】：太阳能 热电 菲涅尔聚光器 均匀性 效率
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 主要符号表7-9
• 目录9-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 课题研究背景10-14
• 1.2 国内外研究现状14-19
• 1.3 本文主要工作19-21
• 2 太阳能热电发电过程理论分析21-35
• 2.1 热电基本效应21-25
• 2.2 太阳辐射特点及太阳能热电发电系统原理25-28
• 2.3 热电模块发电过程的理论分析28-33
• 2.4 性能指标分析33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 3 太阳能热电发电系统的实验研究35-49
• 3.1 热电模块性能测试实验与分析35-41
• 3.2 太阳能热电发电装置实验与分析41-45
• 3.3 温度均匀性对于热电发电模块性能的影响实验45-48
• 3.4 本章小结48-49
• 4 焦点均匀分布的菲涅尔聚光器设计方法49-62
• 4.1 焦点均匀分布的菲涅尔聚光器理论及设计方法49-53
• 4.2 菲涅尔聚光器的光学模拟53-56
• 4.3 焦点均匀分布的菲涅尔聚光器设计实例与模拟对比56-58
• 4.4 一种焦点均匀分布法的改进模型58-60
• 4.5 损失分析60-61
• 4.6 本章小结61-62
• 5 总结与展望62-64
• 5.1 全文总结62-63
• 5.2 展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-68

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