基于聚光太阳能电池冷却的环路热管传热特性研究
发布时间：2021-04-07 16:50
近年来,聚光太阳能电池作为太阳能发电技术的核心部件其光电性能提升迅速,但是大部分入射光都转化成了热,使得电池温度进一步升高。高光强、大电流下的聚光太阳能电池温度升高使其光电性能下降和使用寿命缩短,需要配备高效的热管理系统来保障电池的安全性和稳定性。在传统冷却技术（风冷、液冷）和新型冷却技术（微通道冷却、射流冲击冷却等）的基础上,本文提出了一种双孔毛细芯环路热管系统散热方案,其传热能力强、抗重力、热传输距离远、运行角度多变等优势可以有效解决聚光太阳能电池的散热问题。针对聚光太阳能电池的散热特点,本文主要开展了双孔毛细芯的制备和环路热管的传热特性研究工作。首先采用粉末冶金烧结法与添加造孔剂相结合的方式制备了双孔毛细芯,运用X射线衍射光谱（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、孔径分析仪等一系列测试表征手段,系统地研究了毛细芯的物相组成、微观形貌和性能。进一步设计并制作了环路热管系统,实验对比分析了单孔毛细芯和双孔毛细芯环路热管的运行特性,主要研究结果如下:（1）造孔剂CaCl2充分溶解后的毛细芯呈现出双孔隙结构;毛细芯的孔隙率、渗透率和抽吸质量随着造孔剂含量的增加而增大...
【文章来源】：景德镇陶瓷大学江西省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光伏装机量的发展趋势及预测
景德镇陶瓷大学硕士学位论文第一章绪论2源部可再生能源实验室（NREL）最新公布的多结聚光太阳能电池转换效率已高达47.1%[1]，可以预测随着工艺、材料等技术的不断突破，电池的效率还将进一步提升。图1-2三结太阳能电池的AMO光谱分布及其结构示意图[2]Fig.1-2DistributionoftheAMOspectrumbythe3Jsolarcellanditslayerstructure按照聚光比（1X=1000W/m2）不同，可将聚光太阳能电池系统分为低倍（<100X）、中倍（100～300X）和高倍（300～1000X）聚光系统[3]。聚光倍数的增加使得太阳能电池所接收的太阳辐照度加强，进而提升了电池的光电转换效率，但绝大部分能量会转化成热量，促使电池温度升高。太阳能电池的温度效应不但会降低电池的输出功率，影响电池的转换效率，而且在长时间的高温下会缩短电池的使用寿命，甚至烧毁器件。通常会安装冷却装置来解决太阳能电池的温度效应，按冷却的方式可分为被动冷却和主动冷却两种。被动冷却是通过高导热性的金属翅片或基板（铜、铝等）对电池进行散热，成本较低，方法简单，但散热量有限仅用于低倍聚光系统。主动冷却是利用水、空气等工质对电池进行强制散热，该方式能够高效降低电池温度，但增加了额外的功耗(泵等)。针对聚光太阳能电池的散热需求，本章分析并总结了当前太阳能电池的散热技术及其研究进展，选用环路热管作为聚光太阳能电池冷却方案，简要介绍了环路热管的工作原理，并对环路热管的最新研究进展进行了总结，最后介绍了本研究工作的主要研究内容及实际意义。1.2聚光太阳能电池冷却技术的研究现状1.2.1聚光太阳能电池的温度效应与散热需求目前，聚光太阳能电池的实验室转换效率已高达47.1%，而市场较流行的单晶硅电池转换效率仅为26.7%，组件类型、电学损耗、工作环境等因素一直制约?
景德镇陶瓷大学硕士学位论文第一章绪论3阳能电池的温度效应影响不同，但仍可能会阻碍太阳能电池技术和材料发展对效率的提高[5]。图1-3CPV系统各因素造成性能损失所占比例[6]Fig.1-3PercentageofperformancelosscausedbyvariousfactorsofCPVsystemNishioka等[7]评估了聚光太阳能电池光电特性对温度的敏感性，三结砷化镓电池的开路电压、短路电流、填充因子和转换效率随温度的变化如图1-4所示，随着聚光倍数的增大，电池的工作温度逐渐升高，开路电压、填充因子和转换效率均随着温度的升高呈下降趋势，短路电流略微升高。因此，为了保证太阳能高效的运行状态，最优的方案就是选择合理的热管理系统来解决电池的温度效应。图1-4三结砷化镓太阳能电池的光电特性随温度的变化[7]Fig.1-4Variationofelectricalcharacteristicswithtemperatureforatriplejunctionsolarcell理想的聚光太阳能电池的热管理系统是在经济成本可控范围内能够快速带走电池产生的热量，使其能够在合理工作温度范围内高效运行。图1-5描述了太阳能
【参考文献】：
期刊论文
[1]肋强化结构平板式蒸发器环路热管实验研究[J]. 何松,刘志春,田巍,赵靖,刘伟. 工程热物理学报. 2019(07)
[2]面向高功率电子散热的平板型环路热管研究[J]. 薛志虎,谢铭慧,曲伟. 工程热物理学报. 2019(02)
[3]菲涅尔聚光CPVT系统光热输出特性研究[J]. 闫素英,马晓东,王峰,王涛,田瑞. 工程热物理学报. 2017(06)
[4]烧结工艺对环路热管用Ni多孔毛细芯性能的影响[J]. 王德志,王小鹰,周盼,段柏华,汪超. 粉末冶金材料科学与工程. 2014(05)
[5]环路热管毛细结构的研究进展[J]. 徐计元,邹勇. 中国电机工程学报. 2013(08)
[6]环路热管镍钛双孔隙毛细芯的性能优化[J]. 徐计元,邹勇,杨得帅,范明秀. 中国电机工程学报. 2013(05)
[7]应用于LED灯具散热的平板热管传热特性[J]. 汪双凤,胡艳鑫,陈金建. 工程热物理学报. 2012(08)
[8]微小化毛细泵吸环路（miniature CPL）应用于笔记本计算机传热之研究[J]. 林唯耕,陈绍文. 工程热物理学报. 2002(05)
博士论文
[1]环路热管多尺度毛细结构制备及性能研究[D]. 杨卧龙.华北电力大学(北京) 2017
[2]多尺度复合多孔结构烧结—脱合金制造及传热性能研究[D]. 李辉.华南理工大学 2017
硕士论文
[1]双蒸发器环路热管双孔径分布毛细芯的研制及其热性能研究[D]. 张坤峰.中国石油大学(华东) 2016
[2]导热系数对毛细芯及环路热管的影响研究[D]. 张冲.山东大学 2016
[3]相变力驱动机制的环路热管设计与实验研究[D]. 郑铭铸.天津商业大学 2016
[4]基于镍铜基毛细芯的环路热管研究[D]. 王浩霖.山东大学 2014
[5]环路热管用多孔毛细芯的制备及性能分析[D]. 王小鹰.中南大学 2014
[6]双孔径毛细芯的研制及其在环路热管中的应用研究[D]. 李欢.华中科技大学 2011
[7]环路热管的热输送性能研究[D]. 张伟保.华南理工大学 2010
[8]小型圆盘式LHP系统的设计与实验研究[D]. 张亮.华中科技大学 2008
[9]毛细抽吸两相循环系统设计分析与实验研究[D]. 史光.华中科技大学 2007
[10]平板式环路热管实验研究[D]. 周海迎.南京理工大学 2006
本文编号：3123830
【文章来源】：景德镇陶瓷大学江西省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光伏装机量的发展趋势及预测
景德镇陶瓷大学硕士学位论文第一章绪论2源部可再生能源实验室（NREL）最新公布的多结聚光太阳能电池转换效率已高达47.1%[1]，可以预测随着工艺、材料等技术的不断突破，电池的效率还将进一步提升。图1-2三结太阳能电池的AMO光谱分布及其结构示意图[2]Fig.1-2DistributionoftheAMOspectrumbythe3Jsolarcellanditslayerstructure按照聚光比（1X=1000W/m2）不同，可将聚光太阳能电池系统分为低倍（<100X）、中倍（100～300X）和高倍（300～1000X）聚光系统[3]。聚光倍数的增加使得太阳能电池所接收的太阳辐照度加强，进而提升了电池的光电转换效率，但绝大部分能量会转化成热量，促使电池温度升高。太阳能电池的温度效应不但会降低电池的输出功率，影响电池的转换效率，而且在长时间的高温下会缩短电池的使用寿命，甚至烧毁器件。通常会安装冷却装置来解决太阳能电池的温度效应，按冷却的方式可分为被动冷却和主动冷却两种。被动冷却是通过高导热性的金属翅片或基板（铜、铝等）对电池进行散热，成本较低，方法简单，但散热量有限仅用于低倍聚光系统。主动冷却是利用水、空气等工质对电池进行强制散热，该方式能够高效降低电池温度，但增加了额外的功耗(泵等)。针对聚光太阳能电池的散热需求，本章分析并总结了当前太阳能电池的散热技术及其研究进展，选用环路热管作为聚光太阳能电池冷却方案，简要介绍了环路热管的工作原理，并对环路热管的最新研究进展进行了总结，最后介绍了本研究工作的主要研究内容及实际意义。1.2聚光太阳能电池冷却技术的研究现状1.2.1聚光太阳能电池的温度效应与散热需求目前，聚光太阳能电池的实验室转换效率已高达47.1%，而市场较流行的单晶硅电池转换效率仅为26.7%，组件类型、电学损耗、工作环境等因素一直制约?
景德镇陶瓷大学硕士学位论文第一章绪论3阳能电池的温度效应影响不同，但仍可能会阻碍太阳能电池技术和材料发展对效率的提高[5]。图1-3CPV系统各因素造成性能损失所占比例[6]Fig.1-3PercentageofperformancelosscausedbyvariousfactorsofCPVsystemNishioka等[7]评估了聚光太阳能电池光电特性对温度的敏感性，三结砷化镓电池的开路电压、短路电流、填充因子和转换效率随温度的变化如图1-4所示，随着聚光倍数的增大，电池的工作温度逐渐升高，开路电压、填充因子和转换效率均随着温度的升高呈下降趋势，短路电流略微升高。因此，为了保证太阳能高效的运行状态，最优的方案就是选择合理的热管理系统来解决电池的温度效应。图1-4三结砷化镓太阳能电池的光电特性随温度的变化[7]Fig.1-4Variationofelectricalcharacteristicswithtemperatureforatriplejunctionsolarcell理想的聚光太阳能电池的热管理系统是在经济成本可控范围内能够快速带走电池产生的热量，使其能够在合理工作温度范围内高效运行。图1-5描述了太阳能
【参考文献】：
期刊论文
[1]肋强化结构平板式蒸发器环路热管实验研究[J]. 何松,刘志春,田巍,赵靖,刘伟. 工程热物理学报. 2019(07)
[2]面向高功率电子散热的平板型环路热管研究[J]. 薛志虎,谢铭慧,曲伟. 工程热物理学报. 2019(02)
[3]菲涅尔聚光CPVT系统光热输出特性研究[J]. 闫素英,马晓东,王峰,王涛,田瑞. 工程热物理学报. 2017(06)
[4]烧结工艺对环路热管用Ni多孔毛细芯性能的影响[J]. 王德志,王小鹰,周盼,段柏华,汪超. 粉末冶金材料科学与工程. 2014(05)
[5]环路热管毛细结构的研究进展[J]. 徐计元,邹勇. 中国电机工程学报. 2013(08)
[6]环路热管镍钛双孔隙毛细芯的性能优化[J]. 徐计元,邹勇,杨得帅,范明秀. 中国电机工程学报. 2013(05)
[7]应用于LED灯具散热的平板热管传热特性[J]. 汪双凤,胡艳鑫,陈金建. 工程热物理学报. 2012(08)
[8]微小化毛细泵吸环路（miniature CPL）应用于笔记本计算机传热之研究[J]. 林唯耕,陈绍文. 工程热物理学报. 2002(05)
博士论文
[1]环路热管多尺度毛细结构制备及性能研究[D]. 杨卧龙.华北电力大学(北京) 2017
[2]多尺度复合多孔结构烧结—脱合金制造及传热性能研究[D]. 李辉.华南理工大学 2017
硕士论文
[1]双蒸发器环路热管双孔径分布毛细芯的研制及其热性能研究[D]. 张坤峰.中国石油大学(华东) 2016
[2]导热系数对毛细芯及环路热管的影响研究[D]. 张冲.山东大学 2016
[3]相变力驱动机制的环路热管设计与实验研究[D]. 郑铭铸.天津商业大学 2016
[4]基于镍铜基毛细芯的环路热管研究[D]. 王浩霖.山东大学 2014
[5]环路热管用多孔毛细芯的制备及性能分析[D]. 王小鹰.中南大学 2014
[6]双孔径毛细芯的研制及其在环路热管中的应用研究[D]. 李欢.华中科技大学 2011
[7]环路热管的热输送性能研究[D]. 张伟保.华南理工大学 2010
[8]小型圆盘式LHP系统的设计与实验研究[D]. 张亮.华中科技大学 2008
[9]毛细抽吸两相循环系统设计分析与实验研究[D]. 史光.华中科技大学 2007
[10]平板式环路热管实验研究[D]. 周海迎.南京理工大学 2006
本文编号：3123830
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