线性液浸聚光光伏冷却系统流动与传热性能研究

摘要

聚光光伏（CPV）发电技术能够有效的提高光伏系统发电效率，降低光伏系统发电成本，近年来越来越受到人们的重视。但是，如何有效地实现聚光太阳电池的冷却是聚光光伏发电系统设计中的一个难点。针对传统聚光光伏冷却方式的不足，提出把直接接触式液浸冷却技术用于聚光光伏系统，并以线性聚光光伏为应用实例，建立了线性液浸聚光光伏冷却系统，从如下方面对其性能进行了实验研究和模拟分析。
　　1、研究了二甲基硅油液膜厚度对太阳电池电性能的影响。结果表明：与无液浸液体时电池电性能相比，一定厚度的薄液膜液浸能够提高聚光硅电池和聚光三结砷化镓电池的电性能；但电池正面有液浸液体存在时，电性能随液膜厚度的增加而下降，因此较薄的电池正面的液膜厚度有利于电池电性能的提高。
　　2、设计了线性条形平面镜聚光系统，通过几何关系推导得出：聚光器相邻镜片互不遮挡时的最小安装间距随镜片位置角和阳光入射角的增大而增大，当阳光入射角和接收器安装角度均为45°时，最小安装间距为镜片宽度的1.414倍；通过实验测量得出由24片镜片组成的聚光器原型的聚光比为12.90X。
　　3、设计了矩形窄缝流道接收器，对其性能实验研究表明：聚光比为9.61X、太阳直射辐照度（DNI）920W/m2、硅油进口15℃条件下，当接收器电池段雷诺准数Re范围在1671~8359时，组件平均温度31~20℃，对流传热系数280~1000W/(m2K)；经270天二甲基硅油长期液浸后聚光硅电池电性能没有发生衰减。
　　4、建立了矩形窄缝流道接收器的数值模型，模拟分析表明：电池组件最优安装位置为流道高度方向上的中间位置，接收器进、出口段长度对电池温度影响不大，流道高度越小越有利于获得好的传热性能，但流动阻力也越大，流道的优化高度为10mm；通过拟合分析得到了接收器对流传热系数和摩擦系数关联式。
　　5、设计了用于液浸液体冷却的二甲基硅油-甲醇物系液液直接接触相变换热实验，实验结果表明：升液管轴向温度随高度增加呈先降低然后趋于稳定的趋势，升液管体积传热系数能够达到22~34kW/(m3K)，平均气含率能够达到0.05~0.5，此气含率范围内，以甲醇蒸气气提为推动力的条件下，在具有优化结构的矩形窄缝液浸接收器中能够实现硅油在接收器电池段Re范围在1500~7500。

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第一章 文献综述

1.1聚光光伏技术

1.2聚光光伏技术最新研究进展

1.3聚光光伏冷却技术研究进展

1.4直接接触换热技术研究进展

1.5论文工作的提出

第二章 液浸液体厚度对太阳电池电性能的影响

2.1实验材料

2.2实验装置和测试系统

2.3实验方案

2.4结果与讨论

2.5本章小结

第三章 线性条形平面镜聚光器的设计与性能研究

3.1线性条形平面镜聚光器的设计

3.2聚光器焦斑能流密度分布测试

3.3本章小结

第四章 线性液浸接收器流固耦合直接接触换热实验研究

4.1实验装置

4.2实验方案与分析方法

4.3结果与讨论

4.4本章小结

第五章 线性液浸接收器流固耦合直接接触换热数值分析

5.1数值模型建立

5.2流动与传热过程控制方程

5.3边界条件

5.4模拟方案

5.5模型验证

5.6结果与讨论

5.7本章小结

第六章 液浸液体液液直接接触相变换热实验研究

6.1实验装置

6.2实验方案与分析方法

6.3结果与讨论

6.4本章小结

第七章 结论与展望

7.1结论

7.2本文的创新点

7.3展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

主要符号说明

缩略语

致谢