稀土辐射器热光伏系统余热发电研究

摘要

钢铁、玻璃生产过程中产生大量的高温废气，热光伏系统作为一种新型发电方式，能够利用工业废气余热产生电能。本文对该余热型热光伏系统展开分析研究。
　　 首先，依据热光伏发电的基本原理，结合具体的工作环境，确定余热型热光伏系统的基本组件为稀土辐射器、透明导电氧化物(TCOs)滤波器、硅光伏电池。基于辐射传输方程和能量平衡方程基本理论，引入典型波长的光谱分析方法，对稀土辐射器的选择性涂层厚度进行优化分析。研究表明：稀土材料氧化镱具有良好的选择性辐射特性，适合作为辐射器涂层材料。不同的工作温度下，氧化镱涂层的最优厚度略有变化，最优涂层厚度随工作温度升高而线性增长，针对玻璃熔窑高温废气进行余热回收的热光伏系统，其工作温度在1000～1800K之间，氧化镱涂层的最佳厚度应在L=0.2～0.23mm之间，此时系统具有最大的输出功率和发电效率。
　　 再次，对稀土辐射器光谱发射特性、TCOs滤波器滤波特性、硅光伏电池发电特性进行分析，并利用蒙特卡罗法对整个热光伏系统发电性能进行理论研究。结果表明：在碳化硅基体上涂氧化镱后，热光伏系统的热电转换效率大幅度提高；TCOs滤波器对提高系统效率也作用明显，但其滤波性能仍有较大的改善空间。该余热型热光伏系统在T-1600 K工作温度下，理论上发电功率可达1.4 kW/m2，热电转换效率可达16.6％。热光伏发电模型试验证明了热光伏发电的可行性，实现能量由热能到辐射能再到电能的全过程。
　　 最后对余热型热光伏系统的经济性及工业应用进行了分析，经计算其投资成本在14500￥/kW左右，发电成本为0.21￥/kw.h，具有较好的经济性；由于热光伏系统可使电池板的冷却系统与玻璃窑炉的空气余热环节结合起来，能源利用率高达64％，达到了节能降耗效果，有较好的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 热光伏系统基本原理

1.2 余热型热光伏系统的研究背景及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容

2 热光伏辐射器选择性涂层优化分析

2.1 稀土辐射器的基本特点

2.2 辐射传输基本原理

2.3 涂层厚度优化数学分析

2.4 选择性涂层最优厚度分析

2.5 本章小结

3 余热型热光伏的系统发电性能分析

3.1 余热型热光伏系统基本结构

3.2 蒙特卡洛方法计算分析

3.3 余热型热光伏系统发电性能分析

3.4 热光伏发电的模型试验研究

3.5 本章小结

4 余热型热光伏的经济性与工业应用分析

4.1 余热型热光伏系统的投资成本

4.2 余热型热光伏系统经济性分析

4.3 余热型热光伏系统的工业应用

4.4 本章小结

5 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文