激光输能光电池温度场数值模拟

发布时间：2018-03-02 15:55

  本文选题：激光技术　切入点：激光输能　出处：《激光技术》2017年04期 　论文类型：期刊论文

【摘要】：温升效应是影响激光输能光电转换效率的重要原因。为了分析温升效应对光电转换效率的影响,采用基于COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件和MATLAB软件联合仿真的数值模拟方法,建立了光电池的物理模型和热模型,得到了激光辐照时间、功率密度、光斑面积、入射角以及热辐射和热对流对温度场的影响结果。结果表明,2000W/m~2激光功率密度辐照下,光电池温度随辐照时间先快速上升,20s后缓慢增加,100s达到热平衡态后温度稳定在343K;随着激光功率密度增大,电池温升速度越快,达到热平衡态时的温度值越高;激光光斑全部覆盖电池表面时,电池表面温度差值最小;入射角通过影响有效激光辐照功率密度来影响电池温升;热辐射和热对流对降低光电池温度十分有利;当激光入射角为0°、激光功率密度辐照约为2000W/m~2、激光光斑面积近似为电池表面面积时,光电池能获得最佳的光电转换效率。可见对光电池温度场进行仿真分析为研究提高激光输能光电转换效率的方法提供了理论参考。
[Abstract]:In order to analyze the effect of temperature rise effect on photoelectric conversion efficiency, a numerical simulation method based on COMSOL Multiphysics multi-physical field coupling software and MATLAB software is used to simulate the photoelectric conversion efficiency. The physical model and thermal model of the photocell are established, and the effects of laser irradiation time, power density, spot area, incident angle, thermal radiation and thermal convection on the temperature field are obtained. With the irradiation time, the temperature of the photocell rises rapidly for 20 s and then increases slowly for 100s, and then reaches the thermal equilibrium state at 343K, and with the increase of the laser power density, the faster the temperature rise, the higher the temperature value is when the cell reaches the thermal equilibrium state. When the laser spot covers the surface of the battery, the temperature difference of the cell surface is the smallest; the incident angle affects the temperature rise of the cell through the influence of the effective laser irradiation power density; the thermal radiation and heat convection are very beneficial to reduce the temperature of the photocell. When the incident angle of the laser is 0 掳, the laser power density is about 2000W / mm2, and the laser spot area is approximately the surface area of the cell, The photovoltaic cell can obtain the best photoelectric conversion efficiency. The simulation analysis of the photovoltaic cell temperature field provides a theoretical reference for the study of the method of improving the photoelectric conversion efficiency of laser energy transmission.
【作者单位】： 装备学院研究生管理大队;装备学院激光推进及其应用国家重点实验室;
【基金】：激光推进及其应用国家重点实验室基础研究资助项目
【分类号】：TM914;TN249

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本文编号：1557179