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微热光伏电池系统设计与优化

来源:论文学术网
时间:2024-08-19 03:58:04
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微热光伏电池系统设计与优化【摘要】:微热光伏电池系统是利用燃料在燃烧器中燃烧释放的化学能,经辐射器转换为热辐射能,再利用光伏电池进行光电转换为电能的系统。微热光伏电池系统具有较高的

【摘要】:微热光伏电池系统是利用燃料在燃烧器中燃烧释放的化学能,经辐射器转换为热辐射能,再利用光伏电池进行光电转换为电能的系统。微热光伏电池系统具有较高的理论效率与能量密度,因此得到人们的广泛关注。当前微热光伏电池系统实验研究中存在总效率较低、整体性研究较少等问题。本文设计了一个微热光伏电池系统,并对该系统展开整体性研究,提出了热回流罩优化方案有效地提升了微热光伏电池系统的效率。基于热辐射、热传递理论与光学折射、反射定律设计了燃烧器、散热器与光学滤波器。建立了微热光伏电池系统的计算模型为实验分析提供了计算方法。对光电池、燃料、辐射器材料、燃烧器、光学滤波器、散热装置、输出电路等部件进行对比与设计。选择了以锑化镓光伏电池作为光电转换元件、氢气作为燃料、不锈钢平板式燃烧器、八层Si/SiO2光学滤波器、肋片式散热方式的实验方案。设计了一款DC/DC电路可将电能直接以5V、1A的形式输出。经过采购与加工,制造出微热光伏电池系统。在微热光伏电池系统基础之上对不同燃烧器壁厚、氢气流速、空占比、辐射器-光伏电池间距、散热装置等主要影响系统性能的参数进行了实验对比,验证了相关实验方案。最终确定了微热光伏电池系统最优工况为:燃烧器壁面厚度为0.4mm、氢气流速为6m/s、空占比为0.9、辐射器-光伏电池距离为2cm、带有八层Si/SiO2光学滤波器与肋片式散热装置。设计了一款石英热回流罩,可使燃烧尾气回流。一方面提高燃烧器壁面温度与燃烧效率,另一方面有效地降低了锑化镓光伏电池的温度。经实验验证,微热光伏电池系统的总效率提高了18.5%。 【关键词】:微热光伏 系统效率 能量密度 锑化镓 热回流罩
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM914.4
【目录】:
  • 摘要6-7
  • Abstract7-10
  • 第1章 绪论10-19
  • 1.1 MTPV系统10-12
  • 1.2 国内外研究现状12-16
  • 1.3 课题意义与研究内容16-19
  • 1.3.1 课题意义17
  • 1.3.2 研究内容与工作安排17-19
  • 第2章 MTPV系统原理与计算模型19-28
  • 2.1 热辐射与热传递理论19-22
  • 2.1.1 普朗克辐射定律19-21
  • 2.1.2 热传学理论21-22
  • 2.2 红外光的反射与折射定律22-24
  • 2.3 MTPV系统的计算模型24-27
  • 2.4 本章小结27-28
  • 第3章 MTPV系统的设计28-42
  • 3.1 MTPV系统部件的设计28-39
  • 3.1.1 光学电池28-30
  • 3.1.2 燃料的选取30-31
  • 3.1.3 热辐射器材料31-32
  • 3.1.4 燃烧-辐射器32-34
  • 3.1.5 光学滤波器34-37
  • 3.1.6 散热装置37-38
  • 3.1.7 DC/DC输出电路38-39
  • 3.2 MTPV系统整体模型的建立39-40
  • 3.3 本章小结40-42
  • 第4章 MTPV系统实验研究42-53
  • 4.1 MTPV系统42-44
  • 4.2 不同工况时MTPV系统实验对比44-52
  • 4.2.1 不同壁厚44-45
  • 4.2.2 不同燃料流速45-47
  • 4.2.3 不同空占比47-49
  • 4.2.4 Si/SiO_2光学滤波器49-50
  • 4.2.5 肋片式散热装置50-52
  • 4.3 本章小结52-53
  • 第5章 基于热回流罩的MTPV系统的优化53-60
  • 5.1 热回流罩的设计53-54
  • 5.2 实验测试系统及测试方法54-55
  • 5.3 基于热回流罩的MTPV系统研究55-59
  • 5.3.1 平板式热辐射器温度分布以及辐射效率的计算55-57
  • 5.3.2 基于热回流罩的实验对比57-59
  • 5.4 本章小结59-60
  • 结论60-61
  • 致谢61-62
  • 参考文献62-66
  • 攻读硕士学位期间的论文及科研情况66


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