熱光伏系統(tǒng)實驗及模型研究.pdf

1、熱光伏（Thermophotovoltaic，TPV）技術(shù)是指將高溫輻射器紅外波段的輻射能通過低能帶隙熱光伏電池直接轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)。TPV具有功率密度高、維護成本低、無噪音、無污染和燃料豐富等優(yōu)點，在工業(yè)、商業(yè)、軍事和航空航天領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用前景。
　　 我們首先設(shè)計并制作了使用氣體燃料的TPV實驗平臺。該實驗平臺的燃料、輻射器和熱光伏電池可以更換，因而可以用于比較不同部件在相同系統(tǒng)上的性能差異。利用此平臺，我們測試了燃料為

2、丙烷、輻射器為碳化硅/氧化餌、熱光伏電池為銻化鎵(GaSb)的TPV系統(tǒng)在輻射器溫度為1273K和1373K時的系統(tǒng)輸出。測試結(jié)果表明:隨著輻射器溫度的升高，系統(tǒng)開路電壓降幅很小，短路電流大幅提高，輸出功率有大幅度提升，輻射器溫度從1273K升高至1373K時，短路電流和輸出功率的提升幅度接近100％。
　　 我們采用商業(yè)軟件FLUENT對燃燒系統(tǒng)進行了模擬計算;然后將輻射器溫度分布的計算值賦值給光譜功率密度程序進行能量傳輸計算

3、，該軟件基于蒙特卡洛方法求解到達電池表面的光譜輻照密度;最后采用P-N結(jié)等效電路理論計算了電池輸出特性。利用文獻中的輻射器溫度分布數(shù)據(jù)對模型驗證計算，結(jié)果表明:在輻射器溫度低于1373K時，模型計算值與實驗測量值吻合較好，誤差低于5％;輻射器溫度為1523K時，二者短路電流誤差為6.7％，開路電壓相等，最大功率誤差為16.7％。誤差較大的原因是計算模型中使用了理想條件下的電池參數(shù)，使得計算值高于實驗值。考慮實際電池的性能參數(shù)會隨著電池溫

4、度升高而降低之后，計算誤差可以降低。
　　 最后利用系統(tǒng)模型對實驗平臺進行了分析計算。通過計算結(jié)果與實驗結(jié)果的對比，我們發(fā)現(xiàn):視電池表面污染程度不同，電池表面的污染會造成電池吸收的能量降低5％～20％，;燃燒器中內(nèi)管的偏心會造成輻射器表面周向溫度分布不均勻，偏向側(cè)溫度低于偏離側(cè);采用熱電偶在測量高溫輻射器溫度時，熱電偶的自身輻射和接觸熱阻會造成測量溫度低于真實溫度;將實驗中出現(xiàn)的各種外部影響因素囊括進模型之后，計算得到的系統(tǒng)輸出