熱光伏技術在飛行器再入過程中的應用和選擇性輻射器的研制.pdf

1、中國科學技術大學碩士學位論文熱光伏技術在飛行器再入過程中的應用和選擇性輻射器的研制姓名：耿雪申請學位級別：碩士專業(yè)：工程熱物理指導教師：葉宏20110531第1章緒論1第1章緒論第1章緒論1.1熱光伏基本理論熱光伏基本理論太陽能光伏發(fā)電的研究歷史已經有二百多年，早在1800年博克來氏就發(fā)現(xiàn)半導體材料接受光照后會產生伏安特性的改變，從而發(fā)現(xiàn)了光伏效應，并將此半導體制成電池。但是隨著科學研究的發(fā)展，太陽能的缺點和局限性也逐漸顯現(xiàn)出來，主要有

2、以下幾方面：(1)發(fā)電量受太陽輻照等氣候條件的影響較大，在晚上或者陰雨天的情況下不能或很少能發(fā)電；(2)發(fā)電存在間歇性和隨機性，并網困難；(3)能量密度低，標準條件下，地面接收的太陽輻照是1000Wm2，按效率16%（有聚光的太陽能電池）來計算，太陽能光伏電池的發(fā)電功率密度僅為0.016Wcm2；(4)能量來源單一，且可利用的太陽光譜波段較窄?；谔柲芄夥倪@些缺點，學者開始嘗試研究適用于紅外和近紅外波段的光電轉化的光伏技術，也就是熱

3、光伏技術（thermophotovoltaicTPV）[14]。該技術是一種將紅外或近紅外輻射能通過半導體PN結直接轉換成電能的技術。這種技術的原理與太陽能電池大致相同，只是在光譜響應波段方面有所區(qū)別。太陽能光伏電池（photovoltaicPV）主要針對可見光范圍能量，其響應波段為4001100nm。熱光伏電池的響應波段是8002000nm，主要是紅外波段。在熱光伏系統(tǒng)中，輻射器的工作溫度一般只有一千多度，但由于輻射器與電池之間的距離

4、只有幾個厘米，根據(jù)輻射定律，輻射能量密度正比于輻射溫度的四次方，反比于距離的二次方，即便TPV系統(tǒng)輻射源的溫度較低，但由于距離充分小，其輻射能量密度仍為太陽能電池的幾倍到幾十倍。無聚光的太陽能系統(tǒng)中電池接收的熱流密度約為0.1Wcm2，而在TPV系統(tǒng)中可達530Wcm2[5]。已知最早的TPV系統(tǒng)是在1956年，由美國麻省理工大學林肯實驗室的Zwerdling[6]等制造，采用硅電池作為光電轉換元件。Zwerdling推斷系統(tǒng)輸出功率密