基于聚光分频技术和改进型LFR聚光器的光伏/光热综合系统研究

发布时间：2021-01-06 08:39

　　太阳能是重要的可再生能源,其高效利用己成为重要的研究课题。传统上,太阳能利用方式主要有光伏转换和光热转换。这两种方式均受制于较低的太阳能能流密度。采用聚光方式提高太阳能的辐射能流密度,光热利用时可提高集热温度,提高效率；光伏转换时则可减少光伏电池用量,降低成本。而且聚光电池具有比平板光伏电池更高的光电转换效率。因此,太阳能的聚光利用具有良好的前景。然而某些类型的聚光系统如碟式系统、槽式系统的焦斑能流分布不均,影响光伏电池转换效率。因此研制具有均匀焦斑的低成本、高性能的新型聚光器在聚光光伏应用中具有重要意义。聚光光伏发电的聚光倍数为数十至数百,且由于光伏电池仅能转换特定光谱区间的太阳辐射能,其余谱段的辐射能在电池内耗散为废热,造成电池严重的热负荷。对于光伏电池废热的利用,主要有光伏-热水系统等传统型电热联用系统,利用冷却介质对光伏电池进行冷却,而冷却流体则被加热成热流体以资利用。这种系统提高了太阳能的综合利用效率,但由于冷却介质温度受限于光伏电池工作温度,热利用效率很低。光谱分频技术可实现对不同光谱的太阳辐射能的分配,因此在聚光光伏利用中可将能高效光伏转换谱段的太阳辐射输送至光伏电池,将... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：124 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号表
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 太阳能利用综述
    1.3 太阳能利用基础理论
        1.3.1 经典黑体辐射理论
        1.3.2 太阳能接收器的表面热辐射特性
        1.3.3 太阳轨迹计算方法
        1.3.4 太阳能聚光利用的热力学解释及非成像光学理论
    1.4 提高太阳能利用效率、降低成本的若干途径
        1.4.1 新型光伏器件
        1.4.2 光伏/光热综合利用
        1.4.3 太阳能聚光器技术
    1.5 研究内容与方法
第2章 基于光谱分频技术的太阳能光伏/光热综合利用系统
    2.1 引言
    2.2 基于光谱分频技术的太阳能光伏/光热综合利用系统
    2.3 聚光器结构参数设计
        2.3.1 聚光器结构参数几何关系
        2.3.2 聚光器结构参数的计算
        2.3.3 结构参数优化
    2.4 光学仿真分析
        2.4.1 热接收器最佳安装高度
        2.4.2 焦斑能流密度分布
    本章小结
第3章 CPV/T分频利用系统实验研究及光伏电池效率模型
    3.1 引言
    3.2 CPV/T分频利用实验装置
        3.2.1 太阳能跟踪装置
        3.2.2 实际聚光系统的光学聚光比
        3.2.3 聚光焦斑能流均匀性
    3.3 聚光分频利用系统中的光伏转换
        3.3.1 光伏电池I-V特性曲线测试系统
        3.3.2 实验中采用的光伏器件
    3.4 实验结果及分析
        3.4.1 全光谱太阳辐射
        3.4.2 单色光入射辐射
    3.5 光伏电池的效率模型
        3.5.1 光伏电池转换效率影响因素分析
        3.5.2 光伏电池的内部功率损耗
        3.5.3 聚光光伏的转换效率模型
    本章小结
第4章 中高温热接收器选择性吸收涂层性能分析
    4.1 引言
    4.2 太阳能热接收器的热力学模型
    4.3 不同条件下热接收器性能的热力学分析
        4.3.1 太阳辐射全光谱集热
        4.3.2 无热流输出
        4.3.3 有热流输出
        4.3.4 太阳能CPV/T分频利用系统中的集热
    4.4 案例分析：一种实际选择性吸收涂层
    本章小结
第5章 CPV/T分频利用系统光学部件优化及最佳光谱匹配
    5.1 引言
    5.2 CPV/T分频利用系统中的能流分配
    5.3 光学器件的最佳光谱分配及光谱性能优化
        5.3.1 光伏转换效率
        5.3.2 光热利用子系统效率
        5.3.3 热接收器涂层的最佳截止波长
        5.3.4 最佳分频位置的确定
    5.4 热力学分析
        5.4.1 采用不同光伏电池时系统性能
        5.4.2 CPV和CPV/T分频利用系统的性能比较
    本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论与创新点
        6.1.1 结论
        6.1.2 创新点
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间取得的研究成果
    学术论文
    专利


【参考文献】：
期刊论文
[1]与太阳电池研究相适配的双原点坐标系[J]. 张忠政,程晓舫.  物理学报. 2014(11)
[2]Thermodynamic analysis on medium-high temperature solar thermal systems with selective coatings[J]. HU Peng,LIU Yang,ZHANG Qian,CHEN ZeShao.  Science China（Technological Sciences）. 2013(12)
[3]条形平面镜聚光器设计参数的分析及优化[J]. 张辉,王一平,朱丽,孙勇.  太阳能学报. 2013(11)
[4]Optical analysis of a hybrid solar concentrating Photovoltaic /Thermal （CPV/T） system with beam splitting technique[J]. HU Peng,ZHANG Qian,LIU Yang,SHENG ChunChen,CHENG XiaoFang,CHEN ZeShao.  Science China（Technological Sciences）. 2013(06)
[5]真空管式太阳能集热器研究最新进展[J]. 李建昌,侯雪艳,王紫瑄,吴隽稚,巴德纯.  真空科学与技术学报. 2012(10)
[6]非平衡态辐射场能量状态参数的表征[J]. 陈则韶,胡芃,莫松平,王刚.  工程热物理学报. 2012(06)
[7]具有均匀照度的高倍太阳能聚光器[J]. 曾飞,李洪涛,郝智彪,韩彦军,罗毅.  太阳能学报. 2012(02)
[8]太阳能等照度带聚焦菲涅耳透镜研究[J]. 王刚,陈则韶,胡芃,程晓舫,莫松平,江守利.  太阳能学报. 2012(01)
[9]抛物碟式太阳能聚光器的聚光特性分析与设计[J]. 王云峰,季杰,何伟,陈海飞.  光学学报. 2012(01)
[10]Ag-Al2O3太阳能选择性吸收涂层的研制[J]. 王泉河,徐刚,徐雪青,黄春明.  太阳能学报. 2011(12)

硕士论文
[1]大范围太阳光线跟踪传感器及跟踪方法的研究[D]. 夏小燕.河海大学 2007



本文编号：2960267