匹配锑化镓热光伏电池的超材料辐射器设计、制造和试验

发布时间：2021-03-01 17:04

　　热光伏（Thermophotovoltaic）发电技术是一项将热源产生的辐射能通过热光伏电池的光电效应转换成电能的技术。该技术拥有较高的能量输出密度、理论效率,并且具有广泛的能量来源,能够应用在众多燃烧场景。除此以外,它还可以和传统的斯特林机和朗肯循环等技术进行耦合来进行热电联产,具有较高的实践和应用价值。首先,本文设计和搭建了一个完整的热光伏系统,该系统包括供气系统、燃烧器、辐射器、遮光系统、热光伏电池、散热系统和数据采集系统。并对散热系统进行了性能测试,发现目前的散热系统可以有效地降低辐射器的温度。接着,本文对氧化物陶瓷辐射器进行了研究。通过造粒、成型、烧结等环节,制备了含5%氧化镍的氧化镁辐射器,并对辐射器的辐射特性进行了测量,与其他文献中的辐射特性进行对比。再次,本文研究了不同辐射器种类、燃气流量、当量比和电池距离对热光伏系统的影响。实验结果表明,随着燃气流量的提高、电池离辐射器距离的减小,不锈钢管、多孔碳化硅、氧化镁和超材料辐射器的温度都有不同程度的提高,从而辐射特性如辐射功率等也增大。而对于当量比,则在达到一个特定值时才有最大的辐射功率。 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
符号表
1 绪论
    1.1 热光伏发电系统原理和背景
    1.2 热光伏系统简介
        1.2.1 热光伏系统构成组件介绍
        1.2.2 热光伏系统效率
    1.3 热光伏系统的应用
    1.4 热光伏系统及辐射器研究现状
        1.4.1 国内研究现状
        1.4.2 国外研究现状
    1.5 本文研究工作
2 热光伏系统的设计
    2.1 引言
    2.2 热光伏系统构成部件的设计
        2.2.1 燃烧器的设计
        2.2.2 辐射器的选材和设计
        2.2.3 光伏电池
        2.2.4 散热器的设计
    2.3 本章小结
3 氧化物辐射器的制备
    3.1 引言
    3.2 掺杂镍离子的氧化镁辐射器的制备
        3.2.1 造粒过程
        3.2.2 成型过程
        3.2.3 烧结过程
    3.3 掺杂镍离子的氧化镁辐射器的辐射特性研究
    3.4 本章小结
4 基于CST软件的超材料辐射器的设计与制造
    4.1 引言
    4.2 十字架型超材料辐射器的设计
        4.2.1 匹配Ga Sb电池的单频带十字架型超材料辐射器的设计
        4.2.2 周期T和介质层厚度h2 对辐射特性的影响
        4.2.3 十字架长度l和十字架宽度w对辐射特性的影响
        4.2.4 十字架厚度h1 和底层金属厚度h3 对辐射特性的影响
        4.2.5 匹配Ga Sb电池的多频带十字架型超材料辐射器的设计
    4.3 多层圆环型辐射器的设计
        4.3.1 匹配Ga Sb电池的多层圆环型超材料辐射器的设计
        4.3.2 层数n和圆环外径r1 对辐射特性的影响
        4.3.3 内径r2 和圆环厚度h1 对辐射特性的影响
        4.3.4 理论辐射特性计算
    4.4 十字架型超材料辐射器的制备
    4.5 用环境扫描电镜观察十字架型超材料辐射器样品的微观结构
    4.6 十字架型超材料辐射器的辐射特性研究
    4.7 本章小结
5 热光伏发电系统性能研究
    5.1 引言
    5.2 热光伏系统实验装置
    5.3 实验结果与分析
        5.3.1 燃气流量对热光伏系统性能的影响
        5.3.2 当量比对热光伏系统性能的影响
        5.3.3 电池距离对热光伏系统性能的影响
        5.3.4 辐射器种类对热光伏系统性能的影响
    5.4 本章小结
6 总结和展望
    6.1 本文总结
    6.2 不足与展望
作者简历
参考文献


【参考文献】：
博士论文
[1]应用于热光伏系统的选择性辐射器的制备及辐射性能的研究[D]. 王虎军.中国科学技术大学 2015
[2]热光伏系统的实验和理论研究[D]. 吴玺.中国科学技术大学 2012

硕士论文
[1]基于超常介质的太阳能热光伏器件研究[D]. 王强.湖北工业大学 2018
[2]热光伏发电系统波长选择性辐射体特性研究[D]. 刘霆.南京理工大学 2016



本文编号：3057768