太阳能热电—光电复合发电系统的发电功率与效率模型

摘要

在地球环境污染和能源形势日趋严峻的今天，太阳能作为一种新型的绿色可再生能源，具有储量大、利用经济、清洁环保等优点，越来越受到人们的重视，太阳能发电技术的应用更是目前关注的焦点。本文综述了太阳能发电的发展概况、研究动态及应用前景，并在此基础上对太阳能热电发电器件、光电发电器件和热电一光电复合发电系统进行了研究。 本文首先从热电发电的基本原理出发，建立了热电发电器件的热一电模型和光-热-电模型，并用传热学理论进行分析。认为热电发电子系统的输出功率和效率随器件热端和冷端接触层热导的增加而增加，随器件热导的减小而增加，且器件热导的影响远大于接触层热导的影响；当热电器件低端温度不变时，输出功率随聚光比的增加而增加，效率随聚光比的增加先增加后减小；在高聚光比下，热损失主要由热端热辐射造成且对器件输出功率和效率影响较大。自然对流换热造成的热损失可忽略不计；此外，集热体发射率和吸收率对热电器件功率和效率影响也很大，且吸收率的影响大于发射率的影响。 对于光伏发电子系统，本文基于光伏发电的基本原理，建立了光-电模型和光-电-热模型并进行研究。结果表明，温度对光伏电池的功率和效率影响很大。聚光比低于50倍的工况，可采用增加散热片面积的方式降低电池的工作温度；而对于超过50倍聚光比的工况，必须采用水冷等其它的散热措施。 本文在前面工作的基础上建立了太阳能热电-光电复合发电系统模型，并研究了分光波长对复合发电系统输出功率和效率的影响。结果表明，热电发电子系统的功率随分光波长的增加而减小，效率随着分光波长的增加先增加后减小；光伏发电子系统和复合发电系统的功率和效率都随分光波长的增加先增加后减小，且都在光伏电池的截止波长处达到最大值。因此，复合发电系统的最佳分光波长应该取在光伏电池的截止波长处。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

声明

第1章绪论

1.1课题背景

1.1.1我国能源的现状

1.1.2太阳能及其发电技术

1.1.3太阳能复合发电系统及其存在的问题

1.2国内外研究现状

1.2.1太阳能发电

1.2.2太阳能热电发电

1.2.3太阳能光伏发电

1.2.4热电发电和光电发电的模拟研究

1.3本文工作

第2章太阳能发电理论

2.1传热模式

2.1.1热传导

2.1.2热对流

2.1.3热辐射

2.1.4太阳辐射传热

2.2热电效应

2.2.1塞贝克效应

2.2.2帕尔帖效应

2.2.3汤姆逊效应

2.3半导体方程

2.3.1电流方程

2.3.2载流子的连续性方程

2.4本章小结

第3章热电发电系统模型

3.1热—电模型

3.1.1问题简化与模型建立

3.1.2结果及讨论

3.2光—热—电模型

3.2.1问题简化与模型建立

3.2.2结果与讨论

3.3本章小结

第4章 光伏发电系统模型

4.1光—电模型

4.1.1光伏效应

4.1.2问题简化与模型建立

4.1.3结果与讨论

4.2光—电—热模型

4.2.1问题简化与模型建立

4.2.2结果与讨论

4.3本章小结

第5章 复合系统模型

5.1复合发电系统的效率分析

5.1.1聚焦子系统

5.1.2分光子系统

5.1.3热电子系统和光电子系统

5.2分光波长对输出功率与效率的影响

5.3本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研项目