基于余热回收利用的菲涅尔聚光PV/T系统热电性能研究

摘要

聚光光伏光热系统运行中，聚光电池温度和能流密度分布的不均会对其热电性能产生不利影响，针对以上问题，本文采用菲涅尔透镜、光漏斗和光棱镜组成高倍聚光结构均光，并优化该结构；然后，将系统的余热进行回收，作为膜蒸馏的驱动热源，分析其可行性，并对实际运行中影响系统热电性能的因素进行讨论；最后，对菲涅尔高倍聚光PV/T系统的运行进行实验研究，得到的主要结论如下：
　　1.高倍聚光结构采用非均匀分区4焦点菲涅尔透镜、高27mm倾角82°的光漏斗和高55mm倾角80.77°的光棱镜时，聚光系统光学性能最优，其光斑均匀性为89.11％，光学效率为89.29%，接收角为1.09°，与菲涅尔单级聚光相比，其光斑均性提升63.05%，接收角增大0.731°。
　　2.增大冷却水流速可提高PV/T系统的光电转化效率，但当流速大于某一值后，系统光电转化效率基本保持不变；光热转化效率随流速的增大呈先增大后减小的趋势，且随着DNI的增大光热转化效率逐渐升高，当DNI为1000W/m2，冷却水流速为3.8m/s时，系统光热转化效率可达到43%；DNI由200W/m2变化至1000W/m2时，光电光热综合效率最大值在79.55%左右，DNI对其影响较小；
　　3.电池芯片温度及热应力随冷却水流速的增加而降低，且其降幅随流速的增加而减小，各层热应力从大到小依次为MgF2结构层、GaAs电池层、Ge电池层、GaInP电池层；电池芯片X和Y方向各层热应力均在±3.78mm处出现突变，这与电池芯片温度降幅位置一致，GaAs和Ge电池层在中心位置也存在突变，随着冷却水流速的增加该突变点逐渐消失；电池芯片厚度方向存在4个突变点，其中GaInP电池层3个，GaAs电池层1个，MgF2结构层和Ge电池层无突变。
　　4.入射角的增大会加剧光斑的不均匀程度，降低输出功率、光电转化和光热转化效率，实测太阳入射角为0和1°下，系统光电转化效率相差最大值为5.67%，最小值为2.87%。为保证均匀和高效传热，应使入射角低于0.3°。
　　5.降低冷却水温度可降低电池芯片温度和热应力，有助于提高装置的输出功率和光电转化效率，实测冷却水入口水温分别为14℃和20℃时，系统输出功率相差均值为0.75W，光电转化效率相差均值为2.73%。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 菲涅尔聚光光学系统的研究现状

1.3 聚光光伏电池芯片的研究现状

1.4 高倍聚光PV/T系统的研究现状

1.5 太阳能膜蒸馏研究现状

1.6 本文研究内容及意义

第二章 菲涅尔高倍聚光系统性能优化分析

2.1菲涅尔高倍聚光理论

2.2菲涅尔高倍聚光系统多因素优化

2.3本章小结

第三章 菲涅尔高倍聚光PV/T系统热电性能优化

3.1菲涅尔高倍聚光PV/T系统

3.2光电转化效率最优优化

3.3 热电综合效率优化

3.4电池芯片温度及热应力

3.5本章小结

第四章 基于余热回收利用的菲涅尔高倍聚光PV/T系统热电性能

4.1膜蒸馏系统

4.2基于余热利用的CPVT系统热电性能

4.3基于余热利用的电池芯片温度及热应力

4.4 本章小结

第五章 菲涅尔高倍聚光PV/T系统试验研究

5.1 试验装置及研究方法

5.2 结果与讨论

5.3本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果