復(fù)合拋物面型太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究

【摘要】：隨著全球能源需求的不斷增長以及環(huán)境的日益惡劣，迫切需要在清潔能源和可再生能源等領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。太陽能是最理想的可再生能源，具有廉價(jià)、資源豐富、清潔和無污染等優(yōu)點(diǎn)。太陽能溫差發(fā)電技術(shù)作為太陽能利用的重要方向之一，也越來越受到人們的重視。太陽能溫差發(fā)電在利用太陽能等低品位熱源上具有顯著優(yōu)勢，且溫差發(fā)電具有無運(yùn)動(dòng)部件、無噪音、無污染物排放、使用壽命長、小型化、成本低等優(yōu)點(diǎn)。 本文以溫差發(fā)電的基本理論為基礎(chǔ)，采用理論分析、數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，設(shè)計(jì)并搭建平板型復(fù)合拋物面聚光集熱太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)，對該系統(tǒng)的電輸出性能進(jìn)行了相關(guān)研究。主要研究工作包括以下幾個(gè)方面： 1、以溫差發(fā)電基本理論為基礎(chǔ)，建立溫差發(fā)電系統(tǒng)的理論模型，研究影響溫差發(fā)電性能的主要因素及計(jì)算公式，為太陽能溫差發(fā)電的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)優(yōu)化提供理論支持。 2、設(shè)計(jì)搭建了單組件溫差發(fā)電器性能測試平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著溫差發(fā)電組件冷熱端溫差的增大，開路電壓和輸出功率也隨之增大。當(dāng)加熱片加熱功率較大時(shí)，冷端散熱方式的影響開始明顯。加熱功率70W時(shí)，與自然對流相比，采用強(qiáng)制風(fēng)冷、22℃水冷以及冰水混合物冷卻時(shí)，其開路電壓分別提高12.5%、27%、43.41%，輸出功率分別提高24.72%、46.79%、85.47%。 3、研究多組件溫差發(fā)電器在不同串并聯(lián)連接方式下的輸出特性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，多組件溫差發(fā)電器輸出性能較為復(fù)雜，不是單組件的簡單疊加。當(dāng)組件數(shù)量一定時(shí)，并聯(lián)數(shù)量的增加可以提高回路中的電流，降低開路電壓和內(nèi)阻。 4、通過TracePro光學(xué)軟件模擬不同聚光比及其截短時(shí)復(fù)合拋物面聚光集熱器的光學(xué)性能，由模擬結(jié)果可知，6倍聚光時(shí)接收面上光照強(qiáng)度分布極不均勻，2.9倍聚光及其截短后光照強(qiáng)度分布較均勻，截短2/3后降低顯著。2倍聚光的聚光器與2.9倍聚光器情況類似。上述9種情況，從性價(jià)比考慮，2.9倍聚光且截短1/3是性價(jià)比最高的選擇。 5、本平板型復(fù)合拋物面聚光集熱器可將空曬溫度從環(huán)境溫度升高到93℃，集熱板表面覆蓋一層聚碳酸酯透明隔熱板和玻璃蓋板的效果較好。同樣條件下，36片組件串聯(lián)時(shí)溫差發(fā)電裝置的開路電壓最大可達(dá)35V，兩組18片串聯(lián)再并聯(lián)時(shí)開路電壓最大為27V。 【關(guān)鍵詞】：太陽能溫差發(fā)電 復(fù)合拋物面聚光集熱器 TracePro模擬 性能優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM913
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 主要符號(hào)說明8-13
• 第一章 緒論13-28
• 1.1 課題研究的背景和意義13-15
• 1.2 溫差發(fā)電技術(shù)概述15-22
• 1.2.1 溫差發(fā)電技術(shù)的發(fā)展歷史15-16
• 1.2.2 溫差發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用16-21
• 1.2.2.1 航空航天與軍事領(lǐng)域17-18
• 1.2.2.2 低品位熱源利用領(lǐng)域18-19
• 1.2.2.3 化石燃料熱源和自然熱熱源等利用領(lǐng)域19-21
• 1.2.3 溫差發(fā)電技術(shù)的國內(nèi)外研究進(jìn)展及現(xiàn)狀21-22
• 1.3 太陽能溫差發(fā)電技術(shù)概述及研究進(jìn)展22-25
• 1.4 對研究進(jìn)展及現(xiàn)狀的分析評價(jià)25-26
• 1.5 本課題來源和主要研究內(nèi)容26-27
• 1.5.1 本課題來源26
• 1.5.2 主要研究內(nèi)容26-27
• 1.5.3 創(chuàng)新之處和主要特色27
• 1.6 本章小結(jié)27-28
• 第二章 太陽能溫差發(fā)電的基本理論及模型分析28-42
• 2.1 溫差發(fā)電的基本效應(yīng)28-31
• 2.1.1 塞貝克效應(yīng)28-29
• 2.1.2 帕爾貼效應(yīng)29-30
• 2.1.3 湯姆遜效應(yīng)30
• 2.1.4 傅里葉效應(yīng)30-31
• 2.1.5 焦耳效應(yīng)31
• 2.1.6 熱電效應(yīng)的相互關(guān)系31
• 2.2 溫差發(fā)電器的結(jié)構(gòu)及基本原理31-33
• 2.3 太陽能溫差發(fā)電裝置的模型分析33-41
• 2.3.1 熱電材料的優(yōu)值系數(shù)33-35
• 2.3.2 溫差發(fā)電模型的主要性能參數(shù)35-38
• 2.3.3 溫差發(fā)電傳熱特性分析38-39
• 2.3.4 溫差發(fā)電器的優(yōu)化設(shè)計(jì)39-41
• 2.4 本章小結(jié)41-42
• 第三章 溫差發(fā)電器性能研究42-51
• 3.1 引言42
• 3.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建與實(shí)驗(yàn)方法42-46
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原理42-43
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置的搭建43-45
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)方法45-46
• 3.3 溫差發(fā)電器性能實(shí)驗(yàn)分析46-48
• 3.3.1 輸出功率隨負(fù)載電阻的變化46-47
• 3.3.2 開路電壓隨溫差電變化47
• 3.3.3 輸出功率隨溫差的變化47
• 3.3.4 熱電轉(zhuǎn)換效率隨溫差的變化47-48
• 3.4 冷端散熱方式的實(shí)驗(yàn)研究48-50
• 3.4.1 不同散熱方式對開路電壓的影響48-49
• 3.4.2 不同散熱方式對輸出功率的影響49-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 第四章 多組件溫差發(fā)電器的輸出特性研究51-59
• 4.1 引言51
• 4.2 多組件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建51-52
• 4.3 各組件傳熱特性研究52-53
• 4.4 多組件不同串并聯(lián)方式對溫差發(fā)電器輸出特性的影響53-57
• 4.4.1 串并聯(lián)方式對兩組件發(fā)電器輸出特性的影響53-54
• 4.4.2 串并聯(lián)方式對三組件發(fā)電器輸出特性的影響54-56
• 4.4.3 串并聯(lián)方式對四組件發(fā)電器輸出特性的影響56-57
• 4.5 本章小結(jié)57-59
• 第五章 復(fù)合拋物面太陽能聚光器的模擬優(yōu)化59-72
• 5.1 太陽能集熱器簡介59-62
• 5.2 平板型復(fù)合拋物面聚光器的設(shè)計(jì)62-63
• 5.3 復(fù)合拋物面聚光器的模擬優(yōu)化63-70
• 5.3.1 模擬方案63-64
• 5.3.2 模擬結(jié)果及分析64-70
• 5.4 本章小結(jié)70-72
• 第六章 CPC 太陽能溫差發(fā)電裝置的設(shè)計(jì)及其實(shí)驗(yàn)研究72-84
• 6.1 引言72
• 6.2 復(fù)合拋物面型太陽能溫差發(fā)電裝置的設(shè)計(jì)及其實(shí)驗(yàn)72-76
• 6.2.1 平板型復(fù)合拋物面聚光器的設(shè)計(jì)72-73
• 6.2.2 太陽能平板吸收器及散熱板的設(shè)計(jì)73-75
• 6.2.3 太陽能溫差發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建及實(shí)驗(yàn)過程75-76
• 6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論76-82
• 6.3.1 平板型 CPC 集熱器的性能測試76-78
• 6.3.2 開路電壓、輸出功率與時(shí)間的變化關(guān)系78
• 6.3.3 太陽能溫差發(fā)電裝置的性能測試78-82
• 6.3.3.1 輸出功率隨負(fù)載電阻的變化78-79
• 6.3.3.2 輸出性能隨導(dǎo)熱油流量的變化79-80
• 6.3.3.3 輸出性能隨冷卻水流量的變化80-81
• 6.3.3.4 輸出性能隨集熱板保溫情況的變化81-82
• 6.3.3.5 輸出性能隨溫差發(fā)電組件連接方式的變化82
• 6.4 本章小結(jié)82-84
• 結(jié)論和展望84-86
• 參考文獻(xiàn)86-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果91-92
• 致謝92-93
• 附件93

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