飞秒激光微纳制备技术在太阳能温差发电中的应用研究

发布时间：2017-08-06 13:22

  本文关键词：飞秒激光微纳制备技术在太阳能温差发电中的应用研究

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【摘要】：清洁能源的开发和利用关系到国家经济的发展和人民生活水平的提高。其中太阳能温差发电便是现在多种发电方式之一。太阳能温差发电以发电成本低、寿命长、免维护可靠性高等优点成为目前研究热点。但其理想受热单元(热的良导体——金属材料)对光有很高的光学反射率,这制约了其发展。本文利用飞秒激光对金属表面进行微纳结构制备,通过优化制备参数(扫描速度、扫描间距、激光加工功率),得到了不同类型微纳米结构(光栅结构、柱形结构)金属表面,并将其与温差发电片结合组成温差发电模块。通过合理化设计,搭建了温差发电测试系统,进一步利用此系统测量了温差发电模块的发电功率,并计算得到其转化效率。实验发现,经飞秒激光微纳备过的金属相对于未经加工的原金属,其发电功率、转化效率,都有明显的提升,发电功率最佳可达到25.9mW,转换效率可达1.09%。相对金属本身的发电功率最高可提高30倍,光电转换效率可提高26倍;相对仅用温差发电片组成的发电模块(未使用微纳结构金属)发电功率可提高7倍,光电转化效率可提高3倍。通过发电模块表面温度及金属表面反射率测量结果,分析了微结构引起的光吸收功能在功率提升中到重要作用,通过COMSOL模拟软件数值模拟了测试过程中的温度变化趋势并对实验结果进行了进一步佐证。
【关键词】：飞秒激光 微纳米结构 温差发电 太阳能
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN249;TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 第一章 绪论7-17
• 1.1 飞秒激光制备技术7-8
• 1.1.1 飞秒激光技术的发展7-8
• 1.1.2 飞秒激光微纳制备技术8
• 1.2 太阳能的利用和发展8-12
• 1.2.1 太阳能光伏发电9-10
• 1.2.2 太阳能热发电10-12
• 1.3 温差发电技术12-17
• 1.3.1 温差发电技术发展12-13
• 1.3.2 温差发电技术原理及特点13-14
• 1.3.3 温差发电的应用14-17
• 第二章 飞秒激光金属表面上制备吸光微结构的实验研究17-24
• 2.1 实验装置及实验方法17-18
• 2.2 实验制备参数对金属微纳结构表面的影响18-23
• 2.2.1 扫描间距参数对表面形貌的影响18-19
• 2.2.2 不同金属表面微纳复合结构的对比19-21
• 2.2.3 扫描速度参数对表面形貌的影响21-23
• 2.2.4 偏振状态对表面形貌的影响23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 配备吸光金属的太阳能温差发电测量和数值模拟24-41
• 3.1 测试系统的选取和搭建24-29
• 3.2 测试过程与结果29-35
• 3.3 利用COMSOL对传热过程进行模拟分析35-39
• 3.4 温差发电组件转化效率的计算39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 总结41-42
• 展望42-43
• 致谢43-44
• 参考文献44-46

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本文编号：630028