染料敏化太陽能電池?zé)嵝?yīng)分析及溫度的研究

【摘要】：染料敏化太陽能電池作為新型太陽能電池,憑借著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,原材料豐富,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注,而使用溫度過高對(duì)其效率等造成一定的影響,所以預(yù)測(cè)并控制染料敏化太陽能電池的工作溫度非常重要。首先本文基于其工作原理分析了電池?zé)嵝?yīng)過程,同時(shí)建立了數(shù)學(xué)模型,通過數(shù)值模擬計(jì)算的方法,得到了電池溫度分布和變化情況,并在相同條件下,對(duì)其進(jìn)行定工況的實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:實(shí)驗(yàn)與模擬的溫度變化曲線基本吻合,驗(yàn)證了模擬計(jì)算的正確性;同時(shí)對(duì)其進(jìn)行全天工況下的模擬及實(shí)驗(yàn),將兩者結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,同樣得到電池溫度變化的情況基本相同,再次驗(yàn)證了模型的正確性;并且模擬計(jì)算了電池在不利工況下的溫度變化情況,即當(dāng)環(huán)境溫度37℃、輻射強(qiáng)度1000W/m2時(shí),得到最高溫度達(dá)到79℃左右,達(dá)到了電池效率下降的溫度。然后,本文對(duì)影響染料敏化太陽能電池溫度的因素進(jìn)行了分析研究,得出當(dāng)光照強(qiáng)度逐漸上升或逐漸下降的時(shí)候,電池溫度受到的影響因素不同。當(dāng)光照強(qiáng)度逐漸上升時(shí)電池溫度主要受光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度及對(duì)流換熱系數(shù)的影響,利用正交試驗(yàn),擬合出了電池溫度和這三個(gè)因素之間的經(jīng)驗(yàn)公式,并將公式計(jì)算的最高溫度值和全天工況模擬值進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明:兩者的最高溫度非常接近;當(dāng)光照強(qiáng)度逐漸下降時(shí),電池的溫度主要受光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、對(duì)流換熱系數(shù)及初始溫度的影響,根據(jù)全試驗(yàn),擬合出電池溫度和四因素之間的關(guān)系式,并將其與全天模擬計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明:計(jì)算公式所得結(jié)果和全天模擬計(jì)算值十分接近。最后,本文對(duì)電池的冷卻方法進(jìn)行了探究,設(shè)計(jì)了兩種冷卻結(jié)構(gòu):一種是單塊電池的冷卻,另外一種是封裝電池板的冷卻。針對(duì)單塊電池的冷卻,在電池的背面增加肋片,肋片結(jié)構(gòu)為矩形肋片和三角形肋片,經(jīng)過模擬計(jì)算,得出電池的溫度變化情況,并與未加載肋片的電池溫度變化進(jìn)行對(duì)比分析;對(duì)于封裝電池板的冷卻,在電池背面加載散熱器,其中肋片選擇為叉排擺放,再進(jìn)行空氣強(qiáng)制對(duì)流冷卻,進(jìn)行模擬計(jì)算,得出封裝電池板的溫度變化情況。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 熱效應(yīng)分析 溫度 影響因素 經(jīng)驗(yàn)公式 冷卻結(jié)構(gòu) 模擬計(jì)算
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 引言10-11
• 1.2 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)和工作原理11-16
• 1.2.1 DSSC的結(jié)構(gòu)構(gòu)成11-15
• 1.2.2 DSSC工作原理15-16
• 1.3 染料敏化太陽能電池溫度影響的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 本文研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)17-18
• 1.5 文章結(jié)構(gòu)18-19
• 2 DSSC熱效應(yīng)的模擬及實(shí)驗(yàn)研究19-45
• 2.1 定工況實(shí)驗(yàn)19-25
• 2.1.1 數(shù)據(jù)采集軟件19-21
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置21-23
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果23-25
• 2.2 定工況模擬25-37
• 2.2.1 模擬軟件26-28
• 2.2.1.1 前處理26-27
• 2.2.1.2 求解器27-28
• 2.2.1.3 后處理28
• 2.2.2 熱過程分析28-29
• 2.2.3 數(shù)學(xué)模型29-31
• 2.2.3.1 假設(shè)條件29-30
• 2.2.3.2 控制方程30-31
• 2.2.3.3 邊界條件31
• 2.2.4 計(jì)算過程31-35
• 2.2.4.1 幾何模型31-32
• 2.2.4.2 網(wǎng)格劃分32
• 2.2.4.3 模擬設(shè)置32-33
• 2.2.4.4 模擬參數(shù)33-35
• 2.2.5 模擬結(jié)果35-37
• 2.3 定工況結(jié)果分析37-39
• 2.4 不利工況分析39-41
• 2.5 戶外實(shí)驗(yàn)及模擬41-43
• 2.5.1 實(shí)驗(yàn)41-42
• 2.5.2 模擬42
• 2.5.3 結(jié)果分析42-43
• 2.6 結(jié)論43-45
• 3 DSSC溫度的預(yù)測(cè)研究45-59
• 3.1 影響因素分析45-47
• 3.1.1 光照強(qiáng)度45-46
• 3.1.2 環(huán)境溫度46
• 3.1.3 對(duì)流換熱系數(shù)46-47
• 3.1.4 初始溫度47
• 3.2 光強(qiáng)上升階段的經(jīng)驗(yàn)公式47-53
• 3.2.1 擬合公式49
• 3.2.2 全天模擬對(duì)比49-52
• 3.2.3 定工況計(jì)算對(duì)比52-53
• 3.3 光強(qiáng)下降階段的經(jīng)驗(yàn)公式53-57
• 3.3.1 擬合公式54-55
• 3.3.2 結(jié)果對(duì)比55-57
• 3.4 結(jié)論57-59
• 4 DSSC冷卻結(jié)構(gòu)的探究59-71
• 4.1 冷卻類型選擇59
• 4.2 單塊電池冷卻59-65
• 4.2.1 矩形肋片61-62
• 4.2.2 三角形肋片62-64
• 4.2.3 結(jié)果分析64-65
• 4.3 封裝電池的冷卻65-69
• 4.3.1 散熱器肋片的布置66-67
• 4.3.2 模擬計(jì)算與分析67-69
• 4.4 結(jié)論69-71
• 5 結(jié)論與展望71-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 致謝78-79
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在校期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果79

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