兩類太陽(yáng)能電池-溫差熱電混合發(fā)電裝置優(yōu)化性能的研究.pdf

1、能源是人類社會(huì)現(xiàn)代文明和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染等社會(huì)問(wèn)題的加劇，發(fā)展高效、新型且能夠直接從太陽(yáng)能或低品位廢熱中收集有用能的新能源技術(shù)成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要課題。加大太陽(yáng)能電池及其混合能量系統(tǒng)的研究力度，提高太陽(yáng)能電池及其混合功率系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率，有效地開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能等清潔能源是全人類的戰(zhàn)略能源發(fā)展方向之一。本學(xué)位論文以現(xiàn)有的單晶硅和多晶硅太陽(yáng)能電池、光子增強(qiáng)熱離子發(fā)射型太陽(yáng)能電池以及半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電器為基礎(chǔ)，

2、應(yīng)用半導(dǎo)體物理、統(tǒng)計(jì)物理和非平衡態(tài)熱力學(xué)等理論，深入探討它們的性能特性，構(gòu)建新穎的太陽(yáng)能電池混合功率系統(tǒng)，優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的性能參數(shù)，從而建立相應(yīng)的優(yōu)化理論。主要的研究?jī)?nèi)容分為兩部分。
　　第一部分，利用熱力學(xué)方法研究由光伏模塊和熱電模塊組成的光伏-熱電混合功率系統(tǒng)，導(dǎo)出混合系統(tǒng)的效率和功率的一般表達(dá)式，揭示系統(tǒng)的優(yōu)化性能特性，分析熱電發(fā)電器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和光伏模塊的運(yùn)行條件對(duì)混合系統(tǒng)性能的影響，詳細(xì)討論在實(shí)際混合發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中相關(guān)的負(fù)載

3、匹配的優(yōu)化問(wèn)題。與傳統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，光伏-熱電混合功率系統(tǒng)具有增加功率輸出、提高太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率和減小低品位熱量的排放等優(yōu)點(diǎn)。所獲得的結(jié)論可為一些實(shí)際光伏-熱電混合功率系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
　　第二部分，考慮實(shí)際系統(tǒng)中存在的多種傳熱損失，建立一類不可逆光增強(qiáng)熱離子發(fā)射太陽(yáng)能電池與溫差熱電發(fā)電器組合而成的混合發(fā)電系統(tǒng)模型?；谔?yáng)能電池與溫差熱電發(fā)電器之間的能量平衡方程，導(dǎo)出該混合系統(tǒng)輸出功率和效率的表達(dá)式。通過(guò)數(shù)值計(jì)算

4、，詳細(xì)分析了光增熱離子太陽(yáng)能電池的面積、陰極半導(dǎo)體材料的禁帶寬度、電子親和勢(shì)以及溫差熱電發(fā)電器的無(wú)量綱電流對(duì)混合系統(tǒng)優(yōu)化性能的影響，確定混合發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行于最大效率下光增強(qiáng)熱離子太陽(yáng)能電池陰極材料的禁帶寬度，電子親和勢(shì)，電池面積和溫差熱電發(fā)電器的無(wú)量綱電流的優(yōu)化值。結(jié)果表明，采用混合發(fā)電系統(tǒng)，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率與工作于相同條件下的單一光增熱離子太陽(yáng)能電池的效率相比可提高約10％，而光增熱離子太陽(yáng)能電池陰極半導(dǎo)體材料禁帶寬度在最大效率下的優(yōu)化值