兩類太陽能電池-溫差熱電混合發(fā)電裝置優(yōu)化性能的研究.pdf

1、能源是人類社會現(xiàn)代文明和經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著能源危機和環(huán)境污染等社會問題的加劇，發(fā)展高效、新型且能夠直接從太陽能或低品位廢熱中收集有用能的新能源技術(shù)成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個重要課題。加大太陽能電池及其混合能量系統(tǒng)的研究力度，提高太陽能電池及其混合功率系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率，有效地開發(fā)利用太陽能等清潔能源是全人類的戰(zhàn)略能源發(fā)展方向之一。本學(xué)位論文以現(xiàn)有的單晶硅和多晶硅太陽能電池、光子增強熱離子發(fā)射型太陽能電池以及半導(dǎo)體溫差熱電發(fā)電器為基礎(chǔ)，

2、應(yīng)用半導(dǎo)體物理、統(tǒng)計物理和非平衡態(tài)熱力學(xué)等理論，深入探討它們的性能特性，構(gòu)建新穎的太陽能電池混合功率系統(tǒng)，優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)的性能參數(shù)，從而建立相應(yīng)的優(yōu)化理論。主要的研究內(nèi)容分為兩部分。
　　第一部分，利用熱力學(xué)方法研究由光伏模塊和熱電模塊組成的光伏-熱電混合功率系統(tǒng)，導(dǎo)出混合系統(tǒng)的效率和功率的一般表達式，揭示系統(tǒng)的優(yōu)化性能特性，分析熱電發(fā)電器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和光伏模塊的運行條件對混合系統(tǒng)性能的影響，詳細討論在實際混合發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計中相關(guān)的負載

3、匹配的優(yōu)化問題。與傳統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，光伏-熱電混合功率系統(tǒng)具有增加功率輸出、提高太陽能轉(zhuǎn)換效率和減小低品位熱量的排放等優(yōu)點。所獲得的結(jié)論可為一些實際光伏-熱電混合功率系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。
　　第二部分，考慮實際系統(tǒng)中存在的多種傳熱損失，建立一類不可逆光增強熱離子發(fā)射太陽能電池與溫差熱電發(fā)電器組合而成的混合發(fā)電系統(tǒng)模型?；谔柲茈姵嘏c溫差熱電發(fā)電器之間的能量平衡方程，導(dǎo)出該混合系統(tǒng)輸出功率和效率的表達式。通過數(shù)值計算

4、，詳細分析了光增熱離子太陽能電池的面積、陰極半導(dǎo)體材料的禁帶寬度、電子親和勢以及溫差熱電發(fā)電器的無量綱電流對混合系統(tǒng)優(yōu)化性能的影響，確定混合發(fā)電系統(tǒng)運行于最大效率下光增強熱離子太陽能電池陰極材料的禁帶寬度，電子親和勢，電池面積和溫差熱電發(fā)電器的無量綱電流的優(yōu)化值。結(jié)果表明，采用混合發(fā)電系統(tǒng)，太陽能轉(zhuǎn)換效率與工作于相同條件下的單一光增熱離子太陽能電池的效率相比可提高約10％，而光增熱離子太陽能電池陰極半導(dǎo)體材料禁帶寬度在最大效率下的優(yōu)化值