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[硕士论文] 陈阳
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着人类科学技术的进步发展,传统能源已不能满足社会的需求,新能源技术发展迅速,已在现代电力系统中已占据了了相当大的比例。其中,光伏发电因其清洁、储存量巨大、分布广泛等优势,更是受到了众多国家的广泛应用。但是由于光伏电池发电容易受到外部因素的影响,其输出功率会出现无规律的波动,这使得其难以稳定的提供电能。飞轮储能是一种利用驱动电机带动飞轮旋转将电能转换为飞轮动能的新型储能方式,相比传统化学储能方式,其具有储能密度高,工作时限长,运行时不造成污染等特点,具有很大的应用潜力。本文以独立太阳能飞轮储能系统为研究对象,针对在储能阶段太阳能飞轮储能系统的效率问题,对利用飞轮系统稳定光伏电池阵列直流母线电压为负载提供稳定电压,并将供给负载过后剩余的能量存储到飞轮系统中的控制方法进行了研究。
  本文首先,对飞轮系统的结构及原理进行了介绍,通过对比各种常用飞轮电机优缺点,结合光伏发电的特点选择结构简单、容易维护且性价比高的异步电机作为飞轮驱动电机。
  其次,根据光伏电池的原理及其不同条件下的输出特性搭建了光伏电池的仿真模型;对比各种常用最大功率追踪算法,提出了一种基于粒子群算法整定PID参数改进的扰动观察法作用于光伏电池,实现对光伏电池的最大功率追踪控制;接着,根据光伏发电输出功率多变的特点,飞轮电机控制方法选择具有较快响应性且对电机参数依赖较小的直接转矩控制技术,对其原理进行了分析,并在Matlab/Simulink中建立了异步电机直接转矩控制仿真模型;对飞轮系统储能阶段的控制进行了研究,根据光伏阵列输出功率、负载功率及直流母线实时电压作为参考计算异步电机直接转矩控制的参考转速、参考磁链,使得飞轮系统在储能过程中能够跟踪光伏阵列输出功率的变化,在保证直流母线电压稳定条件下,使得负载功率、光伏发电功率及飞轮储储能之间维持平衡;当异步电机转速达到其额定转速时,对电机进行弱磁控制,实现恒功率下的电机加速旋转,最大化的将多余的能量转存到飞轮系统中,提高光伏发电电能的利用率。
  最后,在Matlab/Simulink中建立了太阳能飞轮储能控制系统模型并进行仿真,结果表明本文所提出的控制方法能够较快的响应外界环境的变化,提高了能量利用率,具有一定的实用性。
[硕士论文] 周强强
制冷及低温工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:太阳能光热利用的领域十分广泛,平板型太阳能集热器以其承压性好、与建筑一体化程度高等优点逐渐受到重视,但其初始投资成本高且在夜间闲置。本文利用有限元软件对一种兼具白天太阳能集热与夜间辐射制冷功能互补的复合系统(Solar Heating-Radiative Cooling,SHRC)进行分析,探究了辐照强度、入口温度等不同因素对SHRC复合系统性能变化规律的影响,获得了其在白天集热和夜间制冷两种工况下的性能关系式。本文的主要研究内容和结论如下:
  1、建立了SHRC复合系统的归一化温度数学模型,利用Fluent研究了不同因素对其集热性能的影响规律,并进行了实验验证。集热工况下复合装置瞬时截距效率实验结果和数值解分别为63.6%和60.3%,两者间的均方根误差为2.84%。此外,以合肥为例探究了不同季节典型日SHRC复合系统的集热效率和热损失系数分别随辐照强度和入口温度等条件的变化规律,结果表明夏季系统可靠性最高。
  2、选择Fluent辐射模型研究制冷工况下SHRC复合系统的性能变化规律,获得装置制冷功率与(Tm-Ta)间的关系式,并与文献实验结果进行了对比。模拟值较实验值偏高,两者间均方根误差为13.85%,理论截距制冷量可满足夏季夜间普通房间制冷需求的45%左右,在一定范围内可利用上述关系式对SHRC复合系统制冷性能变化进行预测分析。
  3、利用典型气象年数据,结合性能关系式,选取纽约、新加坡、堪培拉、北京、伦敦和里约热内卢六个不同气候类型代表城市进行SHRC复合系统全年性能分析。结果表明:由于不同气候类型地区的辐照条件和环境温度不同,复合系统集热能力相差较大,除了热带雨林气候的新加坡全年得热量和制冷量分布较均匀外,其余各城市均随季节而变化。年得热量最多的城市为堪培拉(4048.73MJ/m2),与得热量最少的城市纽约相差1257.39MJ/m2。此外,还对系统性能偏低的季节或地区提出了相应改善建议。
[硕士论文] 任拥伟
控制科学与工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:户用光伏储能系统中,如何实现对户用光伏电池、储能电池、户用负载和交流电网的运行状态及主要参数的监测、控制和保护,如何协调好户用光伏电池、储能电池、户用负载和交流电网之间能量的合理调配,研究户用光伏储能系统的能源管理装置具有重要意义。
  本文阐述课题研究背景、研究目的与研究意义,对国内外能源管理装置的发展及研究现状做了具体分析。阐述能源管理装置的功能,控制方案及工作原理,确定能源管理装置的总体架构。在硬件平台设计上,选用ARM11系列的S3C6410作为核心控制器,硬件平台电路设计主要包括电源接口电路、USB接口电路、通信接口电路、SD Card接口电路、LCD电容触摸屏接口电路。对于能源管理装置软件平台,本文采用嵌入式linux操作系统和Qt作为软件开发平台,进行宿主机平台搭建及嵌入式linux操作系统移植,选用SQlite作为能源管理装置的后台数据库,使能源管理装置具有数据存储的功能。
  能源管理装置采用的通信传输方式有RS232、RS485、SX1278及以太网。其中RS232主要实现能源管理装置与户用负载参数的数据通信;RS485主要实现能源管理装置与外界环境参数、户用光伏电池参数及交流电网参数的数据通信;SX1278主要实现能源管理装置与储能电池参数的数据通信;以太网主要实现能源管理装置与上位机的数据通信。
  选用Qt软件设计能源管理装置应用程序及人机界面,能源管理装置应用程序交叉编译移植到硬件平台,在实验室搭建能源管理装置硬件测试平台,进行功能测试。测试表明,满足系统设计要求。该能源管理装置具有体积小、功耗低、操作方便等特点,具有很好的市场应用前景。
[硕士论文] 曾俊铭
交通信息工程及控制 兰州交通大学 2017(学位年度)
摘要:随着科技水平的飞速发展,人类在太阳能热发电方面取得了前所未有的成果。太阳能热发电作为一种聚焦型太阳能热发电模式,按照集热方式的不同,可分为太阳能碟式热发电、太阳能塔式热发电、太阳能槽式热发电等。由于槽式发电具有更为显著的优点,其已大量应用于商业发电系统中。槽式热发电系统的发电原理是通过类似抛物面柱的聚光反射镜将不同方向所接收到的太阳光聚集到柱正中心的集热管,从而将热量传递给流动的载热工质,以驱动汽轮机进行发电。
  真空集热管(HCE)是光热发电过程中核心的部件之一,其集热性能的好坏,直接影响到最终的发电效率,因而,通过特定方法进行集热管热性能测试对提升发电系统的效率显得至关重要。该课题以真空集热管的热性能测试系统作为对象进行优化研究,通过借鉴DLR和NREL所采用的测试方法,如室外测试(工作状态测量法)和室内测试(背太阳测量法),建立了对应的热性能测试模型。其中,室内测试主要是针对其保温的能力,这通过集热管的热损失来衡量。热损测试结果会受到多种因素的影响,如两端保温、温度取样点的选择、温度控制精度以及环境因素等。
  本文从集热管测试原理的角度出发,首先分析了集热管热性能测试系统设计过程中几个重要的技术难点,如端部热损失、管内温度场平衡、温度检测、电量检测等,同时,阐述了在该测试过程中温度控制的精度和稳定性对测试结果的重要性。其次,根据测试模型设计并搭建了相应的硬件框架,其中包括器件的选型、抗干扰设计等。在此硬件基础上,以Visual basic6.0为开发工具,开发了监测与控制软件,并根据测试要求,对软件进行了修改和完善。然后,以热性能测试作为目标,将温度控制作为重心,结合集热管测试的特殊性对几种常用温度控制算法的优缺点进行了对比,并由此提出了多级控制策略,以实现对系统的优化。该策略会根据当前控制目标及系统状态生成一条适应于该次测试的控制目标曲线,并根据升温现状实时给出适宜的控制参数,将二者进行结合,可以对集热管的温度进行精确的控制。最后,通过不同的测试过程对该算法的控制效果进行了验证,同时采集了相应的测试数据,在对数据进行了分析之后,证明了优化后控制策略在集热管温度控制上的优越性。
[硕士论文] 杨文合
绿色镀膜技术与装备 兰州交通大学 2017(学位年度)
摘要:太阳能聚光发电系统是将太阳能跟踪系统与光学设备相结合,利用光学原理将大面积的太阳光聚集到小的集热器上,进一步转化成热源传给传统的发电系统。基于聚光形式的差异,主要可分为塔式聚光、碟式聚光、槽式聚光和线性菲涅尔式聚光系统四大类。线性菲涅尔式聚光发电系统作为聚光发电技术中新生的潜力军,由于其简单的结构、低廉的成本、突出的风保能力、超高的土地利用等特点,在大范围发电中有很好的应用前景。
  线性菲涅尔镜场的跟踪不同于单个的太阳板,整个镜场中的各个参数都直接或间接地影响着跟踪接收太阳辐射能的多少。本文主要是从线性菲涅尔镜场的无阴影布置优化、镜场的跟踪倾角的矢量优化计算、镜场夹角控制的优化高度、一次反射镜反射光线进入CPC率的测试、镜场采用的菲涅尔跟踪系统硬件结构、镜场采用的菲涅尔软件系统结构等方面做出研究分析。首先给出镜场优化布置的一个方案,给出计算方法并进行算例分析;之后利用矢量分解法简化镜场倾角的计算,推导出镜场跟踪倾角的计算公式,利用MATLAB软件对镜场跟踪倾角进行误差分析,得出镜元倾角误差对光线进入聚光器的影响;然后利用MATLAB模拟计算、分析得出线性菲涅尔镜场夹角控制高度对应的优化区间。在此基础上,进行一次反射镜反射光线进入CPC率的测试,以测试结果证明,镜元倾角计算的准确性和高度角控制的合理性,对整个线性菲涅尔镜场跟踪系统起到关键性的作用。
  本文第四章主要介绍了线性菲涅尔镜场跟踪系统的硬件结构,这部分优化第一主要体现在主控单元上,在传统的单片机为控制单元的基础上采用了主控单元为抗干扰能力突出的PLC控制器。以单片机为主控单元的菲涅尔镜场跟踪系统对编程要求相对来说很高,一般都是由卖家编好之后直接买回来用,对程序员的个人素质要求很高,反而PLC则相对来说很容易上手,并且可以根据镜场的需要实时进行程序的补偿。驱动单元由传统的电机改换成了数字控制突出的步进电机,并配备了以AT89C2051单片机和L293D功率放大器构成的驱动控制电路。减速器采用了现如今正处于热门状态的谐波减速器。
  论文最后主要是介绍了线性菲涅尔镜场跟踪系统的软件部分和实用案例介绍,首先是主程序的编写,可以分成两个小的子程序,一个是基于太阳位置天文参数和公式,对太阳高度角和方位角的准确计算;另一个是步进电机脉冲的计算。综上所述,严格的按照相应的太阳天文位置参数和公式进行编程,计算出太阳高度角和方位角后,完成镜元倾角的计算并向步进电机驱动控制电路发出相应的信号,驱动步进电机控制镜场实时跟踪太阳。总而言之,就目前线性菲涅尔聚光发电技术的水平来看,该跟踪控制方式能做到较高精度的跟踪,并且方便清洗和维修。
[硕士论文] 丁虎
动力工程 东北电力大学 2017(学位年度)
摘要:面对我国能源储量与未来的发展需求存在巨大的矛盾,以及近年来以PM2.5为首的环境污染物的肆虐,积极开发利用太阳能等对于推动我国可持续发展的战略有举足轻重的意义。在低温领域,太阳能集热器已经得到良好的推广应用。在中高温领域急需寻求一种收集高品味热能的高效集热器,而复合抛物面聚光集热器(Compound Parabolic Concentrator简称CPC)因其高效的集热性能备受青睐,运行过程中按季节调整倾角,省去了运用跟踪装置这一环节,具有更经济高效的应用前景。
  本文从集热器光学特性和传热特性两个方面着手,分别建立了CPC内聚光式真空集热器的光学模型和传热模型,主要进行了以下几个方面的研究:
  (1)在分析太阳和地球运行规律的基础上,本文首先建立了太阳辐射强度模型,按照太阳的运行规律计算了吉林地区一年四个典型日各时刻太阳角方程的各参数(时角、赤纬角、太阳高度角、太阳方位角、太阳光入射角等),并计算出各时刻太阳光到达地面的辐射强度,为后续结论提供参数支持;
  (2)结合蒙特卡罗光线追踪法,依次考察不同入射半角集热器的内部光路径图及吸收体上的能流密度分布情况。分析得出,吸热体在不同入射半角下能流密度呈不均匀分布,这样会使得能流密度在吸热体的局部区域过大,影响集热器的集热性能,严重影响集热器的正常运行;
  (3)由传热学原理分析太阳能集热器的传热过程,并对集热器进行逐层分析,考察影响其传热性能的几个关键性因素,最终给出数学计算模型;
  (4)将集热器传热特性结合 Fluent软件进行模拟研究,分别探究了太阳辐射强度、环形空间压力、工质流速和放置倾角对集热器集热效率的作用规律。分析得知:①太阳辐照度从500 W/m2增加到900 W/m2,集热效率从53.67%增加到了81.00%。集热效率随太阳辐射及集热器内壁温度增加而增大,然而,当太阳辐照强度超过1000 W/m2时,对集热效率增加的效果不是很明显。②环形空间内的热损失随压力的升高呈递增趋势,压力的增加加快了热损失的损失速率,而压力小于100 Pa时,热损失变化不明显。环形空间内氧化性气体介质长时间与吸收性涂层高温接触,通过改变涂层发射率而使热损失增大,从而影响集热效率。③集热器的集热效率随着进口工质流速增加呈先增加后趋于平缓的规律,当工质流速增加到1.2 m/s时,工质流速对集热器的集热效率的增加影响不大。④当倾角为45°左右时,集热效率最大,可见合理的集热器安装倾角有利于大幅提高集热效率。
[硕士论文] 吴婷婷
电力电子与电力传动 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着全球能源的日益紧缺、环境的不断恶化,在可持续发展的前提下寻找可利用的清洁能源是人类最需要完成的使命之一。微型电子产品有两种供电方式,分别为有源和无源。目前,前者可直接使用电池供电,电量相对比较稳定,可以满足多数产品的能量需求,已被普遍使用。但是对于许多不易更换电池、不能提供电源或易燃易爆等场合,必须采用无源方式实现,因此环境能量采集技术具有极为重要的现实意义。微弱环境能量采集技术属于一种军民两用技术,在各个领域都有着广阔的应用前景。目前,地球上普遍存在的环境能量多种多样,各种能量随机性较大且不连续,而且部分能源的能量密度较低,导致在很多地方单一形式的能量采集很难有效地满足需求。因此,本文设计了可以同时采集太阳能、热能和振动能三种形式能量的环境能量采集系统。
  论文首先提出了一种染料敏化太阳能电池的制备方法,并在后文提出了一种优化方法,即在纳米TiO2粉末中添加比例为100:1的石墨烯,并用石墨烯代替碳膜来制作对电极。此方法可以有效地将太阳能电池的短路电流提升2.2倍,转换效率提升2.3倍。其次,本文设计了超低压升压电路,实现了boost升压电路和电荷泵升压电路无法实现的超低压升压技术,可将低至20mV的电压进行升压转换;设计了超低功耗降压式DC-DC压电式能量采集电路,其转换效率可达85%;设计了静态电流仅为600nA的电池充电管理电路。除此之外,论文还对各种能量转换元件的发电性能及整个系统进行了测试;用一个尺寸为50*50mm的双晶压电陶瓷对人体走路时所产生的压电式振动能进行采集测试,得出每人每天正常行走收集到的电能大约为0.2mAh。最后,论文还针对系统存在的一些问题提出了优化方法:首先设计了一种利用热管散热的温差发电能量采集结构,一般情况下,该结构可将温差发电片冷端温度降低3-5度;其次,本文结合实际应用设计了一种压电地板,该地板对压电陶瓷具有很好的保护功能;最后本文针对系统凌乱的问题设计了一个简洁的外观结构,并通过3D打印技术进行打印。
  本文实现了对三种不同形式环境能量的采集,通过转换电路的转换,可快速将1F,2.7V的超级电容充满。
[博士论文] 付蕊
动力工程及工程热物理;可再生能源与清洁能源 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:为提高聚光光伏技术的竞争力,急需进一步提高聚光光伏产品的性能,降低发电成本。目前,国内GaInP/GaInAs/Ge多结聚光太阳电池的产业化效率已达到40%以上,然而聚光光伏模组的效率却远低于聚光电池的效率。分析各种非理想因素的影响,发现聚光器件是主要的效率损失来源之一。传统平板型Fresnel聚光器主要基于成像原理和单波长设计,聚光效果并不理想,主要体现在:(1)宽光谱内的色散导致了严重的截断损失,从而降低了聚光器的聚光效率;(2)存在聚焦光斑空间和光谱分布不均匀的问题,导致GaInP/GaInAs/Ge多结电池短路电流、填充因子以及光电转换效率的降低。为充分利用GaInP/GaInAs/Ge多结电池的高效率,需要配备性能优异的聚光器,从而提高聚光光伏模组的产业化效率。针对以上问题,本论文在国家863项目“兆瓦级高倍聚光化合物太阳电池产业化关键技术(2011AA050507)”的支持下,采用理论分析、仿真计算和实验研究相结合的方法,进行了新型Fresnel聚光器的设计研发工作,同时展开新型Fresnel聚光器在聚光光伏应用中的研究,促进了聚光光伏模组光电转换效率的提升。具体研究成果如下:
  1.建立了Fresnel聚光器性能表征参数的理论计算模型。引入截断损失的概念,定量分析了Fresnel聚光器的光学损失,对影响聚光效率的因素进行了详细的理论分析;基于光线追迹法,建立了聚焦光斑均匀性的理论计算模型。
  2.优化设计了一种适用于GaInP/GaInAs/Ge多结太阳电池的高效均匀聚光Fresnel透镜。综合考虑AMl.5D太阳光谱、各子电池的光谱响应特性及透镜材料的折射率色散曲线,采用多波长与多焦点相结合的设计方法,对Fresnel透镜进行优化设计。基于光线追迹法,对该新型透镜的聚光性能进行评估,仿真结果表明:所设计的透镜在300~1800 nm宽光谱范围内以及各子电池光谱响应波段内的聚光分布均匀度都高于75%,聚光效率均大于80%;
  3.对高倍聚光光伏单元进行了电性能仿真分析及实验研究。以多结太阳电池的等效电路为基础,建立了简化的三维分布式网格电路模型,并通过LTspice+Matlab的方法实现了非均匀聚光条件下多结太阳电池I-V特性的仿真分析。将所设计的新型Fresnel透镜与GaInP/GaInAs/Ge多结太阳电池接收模块组成高倍聚光光伏单元,基于所建立的三维分布式网格电路模型和光线追迹法,对高倍聚光光伏单元的电学性能进行了仿真分析。仿真结果表明:所设计的新型Fresnel透镜聚光光伏单元的光电转换效率为32.4%,比点聚焦Fresnel透镜聚光光伏单元的转换效率提升了近8%。在仿真研究的基础之上,搭建了户外测试平台,对所设计Fresnel透镜的聚光性能和聚光光伏单元的电学特性进行了实际测试。
  4.研制出基于新型Fresnel聚光器的聚光光伏模组。通过增加大口径导光筒装置,使聚光光伏模组的接收角达到了1°以上,降低了对跟踪器精度的要求,提高了模组的可靠性。基于散热分析和成本考虑,确定了封装材料以及模组的结构。通过优化封装工艺,控制安装误差,制备了模组样品,并对其电学特性及温度特性进行了实际测试。测试结果表明:所研制的模组具有较好的输出性能,直接辐照度为850 W/m2的条件下,转换效率达到了27.9%,最大输出功率为89.39W;同时,模组能够很好地满足实际散热需求,白天大部分时间,模组温度处于40°~55°范围内,最高温度为60.5°。
[硕士论文] 王鹏
动力工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:随着新型能源在能源战略中地位的不断提高,随着研究与实践的深入,太阳能集热器也因其众多的优点得到进一步的重视,其研究与发展也被提上了日程。太阳能集热器是将光能转化为热能的装置,但是现阶段各类太阳能集热器的能量转化效率普遍不高,大概只有20%左右,所以如何对集热器进行优化设计,了研究的核心问题。
  本文提出了一种新型槽式集热器,对新型集热器的聚光特性,工质流动特性,集热管的热应变以及热应力等特性进行了分析,并与传统的集热器进行了分析比较,指出了性能优化所在。现将主要研究成果概述如下:
  1、利用Trace Pro软件对新型和旧型集热器中的集热管管周的热流密度进行模拟分析。Trace Pro软件是一款基于蒙特卡罗追踪法(MCRT)的光线模拟软件。在分析模拟的基础之上比较了新、旧集热器的集热管在热流密度分布方面的差异性。
  2、利用Trace Pro软件所得到的热流密度分布特性和数学建模的方法,对集热管内工质进行热力分析。这部分分析是在Ansys Flotran的平台上对集热器中的热管进行三维建模,并将模型离散化。在离散化的基础上通过有限元的方法、施加热流密度、速度、初始温度等边界条件,以流体为分析对象,计算流体的速度、温度、压力随空间变化的分布。
  3、以集热管为研究对象,建立集热管的热-结构耦合分析。在Ansys的平台中用有限元数值模拟方法,以集热管圆周方向的热流密度为主要变量对槽式太阳分热器集热管进行热-结构耦合分析,得出了抛物面槽式太阳集热器在不同运行条件下集热管管壁温度场、应力场及热变形的分布规律。
  以上的研究结果将会对新型集热器的的研发与设计提供一定的理论的指导。
[硕士论文] 黄紫祺
动力工程及工程热物理;制冷及低温工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:随着能源紧缺和生态环境问题的日益突出,人们逐渐把能源利用的重点转移到可再生能源的利用和开发上。太阳能以其清洁无污染、无需运输、安全廉价等特点受到人们的重视。本文研究了一种基于太阳能与空气源的复合热泵系统。将直膨式太阳能热泵和空气源热泵结合,在保证高能效比的同时,解决了太阳能热泵在阴雨天和夜间无法正常工作的缺陷,并实现制冷、制热和供给生活热水三大功能。本文围绕该系统的供暖、制热水、冷热联供等运行模式中的关键问题开展理论和实验研究。
  首先,结合目前的加工工艺,研发了一种高性能平板型太阳能集热/蒸发器,集热器内采用高吸收涂层铝平板为吸热板,背面滚压成型半圆形凹槽,并以铝制桥型件焊接固定集热铜管,使集热管圆周各方向均与吸热板紧密接触,减小了接触热阻,提高了集热板与管内制冷剂的传热性能。以环保制冷剂R417A为制冷工质,搭建了太阳能与空气源复合热泵系统实验台。
  其次,为了探究复合热泵系统的主要影响因素和总体性能,对该复合系统的太阳能集热/蒸发器、冷凝器、电子膨胀阀、压缩机四个主要部件建立了数学模型,采用Matlab编写了太阳能与空气源复合热泵系统的模拟程序。
  再次,通过模拟与实验,深入地分析了太阳辐射强度、环境温度、冷凝器入口水温这三个主要影响因素对系统性能的影响规律。在环境温度为10℃时,吸热板与玻璃盖板存在一定温差,且随着太阳辐射强度的增强而变大,说明在冬季太阳辐射强度高时玻璃盖板能够有效减小集热板的热损失;当太阳辐射强度增加而其他因素不变时,系统的制热量随之增加,但集热效率随之下降,从模拟结果看出,当太阳辐射强度从300W/m2升高到500W/m2时集热效率的降幅最大。压缩机耗功受循环水温度的影响最大,压缩机吸排气压比随着循环水温的增加而增大,导致压缩机耗功快速增加,使得系统COP随之减小,其余性能也将随着循环水温而有所变化,但相对较小。
  最后,为了对多模式的系统性能做出全面评价,根据相应国标制定了实验测试标准,并对复合热泵的多模式运行性能进行了一系列的实验测试。在夏季冷热水联供工况下,保持空调水侧入口水温12℃,出口水温7℃,将储水箱中的生活热水从15℃加热至55℃时,系统EER逐渐从9.4下降到4.0,平均EER为6.2。此外,还分析了将两个板式换热器同时作为冷凝器的实验情况,结果表明,在空调水温为20℃的情况下,生活热水的得热量在水温超过20℃后逐渐降低,在43℃时趋近于0,说明在供暖的同时生产生活热水的效果不佳,需要为此作出改进。本文的实验工况丰富,模拟与实验数据详实,为系统的研究和推广提供了一定支持。
[硕士论文] 王婧婧
光学 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:当前,全球社会都面临着传统化石能源日趋枯竭这一严峻问题,能源危机成为了困扰人类社会经济发展乃至和平的最大掣肘,开发利用新型能源刻不容缓。太阳能是一系列可再生能源的源头,其储量巨大、分布范围广泛、转换成本较低且使用过程中不产生污染物质,是最适合人类开发的新型能源。光-热转换作为应用范围最广最常见的太阳能利用方式,由于其成本低廉、使用寿命较长而极具优势性,可以在一定程度上缓解太阳能电池材料的巨大需求。
  作为太阳能热利用系统中的核心组成部分,太阳能集热器主要由太阳能聚光器、太阳能吸收器和跟踪驱动系统组成,有时还伴有光伏冷却装置,可以实现从光能到热能的转换。为了提高太阳能热利用系统的效率,需要提高太阳能集热器的性能。
  本文详细地阐述了太阳能热利用系统的分类与工作原理,同时对碟式太阳能集热器进行了设计与分析,并在此基础上设计了一种新型的平面镜拼接式太阳能聚光器,并通过计算机仿真的手段分析了新型聚光器的相关性能,为简化聚光器工艺制造、均匀汇聚光斑提供了一定的思路。本文主要研究工作如下:
  (1)介绍了本文的研究背景与研究意义,说明了太阳能热利用方式的发展潜力与发展动态,对太阳能热发电系统进行了详细地分类与说明,并对太阳能集热器的构成和工作原理进行了简要介绍。
  (2)对太阳能聚光集热系统的相关理论进行了详细地介绍,系统性地讲解了设计与分析聚光、集热系统时所要用到的理论知识,包括太阳角直径、矢量折反射定理、集热器性能分析参数与计算方法,为接下来的研究与设计奠定了理论基础,同时还对仿真所用到的仿真软件进行了简要介绍。
  (3)在传统碟式集热器的基础上设计了不同采光形状的聚光器和不同形状的腔体吸收器,通过计算机仿真的手段分析了相关性能,并与传统碟式集热器的性能进行了比较。
  (4)结合塔式聚光器和碟式聚光器的优点,设计了一种采用六边形平面镜拼接方式的聚光器,通过仿真分析与比较,验证了新型聚光器能够在保证较好聚光性能的基础上有效地简化制造工艺和降低成本。
[硕士论文] 肖晶
电气工程 广西大学 2017(学位年度)
摘要:本课题主要研究一种光伏光热平台,目的是实现光伏光热的综合利用及其优化控制。主要方法是将太阳能板改装成太阳能集热器,利用流水给温度较高的太阳能板降温,一方面提高光伏板的发电效率,将电能用蓄电池存储,同时可以防止光伏板老化,延长光伏板的使用寿命;另一方面将光伏板产生的废热收集起来利用,给生活热水预热,最后与热泵结合提供生活热水实现光伏光热的综合利用。除此之外还考虑这套系统在集热过程中的动态优化控制,以最大化利用太阳能效率为目的进行优化控制。
  首先,为了研究光伏光热的综合利用搭建了光伏光热基础平台,主要是太阳能集热器,水泵以及热泵的结合。为了研究光伏光热综合利用的性质,在搭建平台的时候考虑各种对光伏光热系统运行有影响的参数,并通过相应的硬件采集平台结合LabVIEW软件编程完成了光伏光热实时监控系统。本课题中,光伏光热监控系统是研究光伏光热综合利用及其优化控制的重要支撑,通过监控系统可以了解各种相关参数如光照,温度,频率等对系统的影响。本论文的内容是在监控系统测量的基础上展开,经过大量数据实测,通过数值与图表观察寻找各参数之间的关系,利用回归分析查找变量内在的联系,将光伏光热系统分模块处理后寻找合适的自变量并建模,以系统获取最大太阳能功率为目标建立目标函数,用MATLAB软件编写最优化程序实现优化控制。
  本文讨论了三种优化算法并进行比较,黄金分割法,抛物线插值法以及基于这两种方法结合的fminbnd函数,最后采用fminbnd函数实现优化控制的算法。通过将MATLAB程序嵌入LabVIEW程序的混合编程实现光伏光热的动态优化控制。最后观察目标函数的取值范围可得出光伏光热综合利用及其优化控制带来的经济效应是可观的。
[硕士论文] 刘爽
热能工程 广西大学 2017(学位年度)
摘要:太阳能和风能所代表的新能源,具有储量丰富、分布广泛和清洁干净的优点。目前两种能源利用方式相对独立,同一地区往往只能对单一资源进行利用无法进行优势互补。为了实现对太阳能和风能资源的综合利用,本文构建了聚风发电与聚光太阳能热利用联合系统。该系统同时具有聚风发电和聚光太阳能热利用两种功能,可提高风力发电机的输出功率,同时收集太阳热能用于供热,实用性较好。
  本文主要以实验分析和计算机仿真两种方式对该系统的性能进行研究。实验部分对来流风速在2~7m/s范围内聚风发电输出功率和日照强度在400~900W/m2范围内聚光太阳能热利用的吸热功率进行研究。在来流风速为7m/s的工况下,安装聚风罩后风力发电机输出功率由14.0W升高到25.9W,太阳辐射强度在900W/m2时该系统的集热装置输出功率可达223.0W,实现了太阳能和风能的有效利用。
  仿真分析部分以ANSYSWorkbench15.0为仿真平台,对照实物建立了1∶1的仿真模型对聚风发电的性能进行仿真研究。仿真分析部分没有局限于对空气流经聚风罩后所产生的流场的分析,而是根据叶片扭矩计算出输出功率作为输出性能的评价指标。对比分析了FLUENT多重参考系模型、CFX浸入实体模型、CFX固结转子模型仿真效果,其中CFX固结转子模型模拟结果和实验数据最为吻合。根据仿真计算结果在来流风速为10m/s时该聚风发电模型的输出功率达到52.3W与相同叶轮直径风力发电机相比提高了41.0%。本文的实验和仿真结果为综合利用风能和太阳能提供指导。
[硕士论文] 刘婷婷
动力工程及工程热物理;新能源技术 东南大学 2017(学位年度)
摘要:复合抛物面聚光器(Compound Parabolic Concentrator,简称CPC)是一种非成像低倍聚焦的聚光器,可将给定入射角范围内的入射光线按理想的聚光比汇聚到接收器上,而且可以同时接收直射和散射辐射。它在运行时不需连续跟踪太阳,只需季节性的调节方位就可高效工作了。在太阳能中温领域中,复合抛物面聚光器有着广阔的应用前景。本文的研究内容都是基于自主设计的一种可以消除接收管和CPC反光板之间漏光损失的内聚光W型CPC热管式真空集热管。主要的工作总结为:
  (1)首先,对W型CPC的底部和渐开线抛物线进行了分析研究,设计出开口宽度为108.7mm,聚光比为1.236,接收半角为32°,长度为1.5m的W型CPC反光板。其次,设计了热管外径为28mm,玻璃管内径为110mm的热管式真空集热管。最后,介绍了CPC反光板制作工艺、太阳能选择性吸收涂层制备过程、玻璃-金属封接方式和真空度防护措施等内容。
  (2)建立W型CPC热管式真空集热管的光学效率计算模型,把入射到CPC开口面上的太阳直射光线分解为径向和轴向。Tracepro软件模拟了不同径向下入射角下的光线轨迹、几何光学效率和热管曲面总光通量的变化情况。计算得到散射辐射的光学效率为0.487,研究直射辐射的光学效率与径向入射角、轴向入射角的关系。
  (3)以CPC开口面为基准面建立坐标系,得到太阳光线与CPC开口面的入射角、径向辐射角和轴向入射角的计算式。分析轴向入射角、径向入射角、直射光学效率与时刻的关系,得出结论:径向入射角与时刻呈线性正相关;轴向入射角在20°~50°范围内变化,但轴向入射角在该范围内变化时光学效率的改变量不足3%;夏至日的一天里直射光学效率在上午10点到下午14点之间的4个小时内基本稳定在68%,一天的平均直射光学效率为40%。
  (4)根据太阳辐射基础物理量,推导出CPC开口面上接收的太阳直射辐射强度、反射辐射强度和散射辐射强度,从而建立起各时刻下的吸热体吸收辐射强度模型。以夏至日的一天为例,分析计算采光面接收的辐射强度、吸热体吸收的辐射强度以及总光学效率。
  (5)建立W型CPC热管式真空集热管能量传递模型,分别对热管蒸发段、热管内部和冷凝段建立数学模型。对集热管进行热性能分析,推导出其瞬时热效率方程、总热损失系数、效率因子和热转移因子的表达式。设计了Matlab/GUI热性能仿真平台,得出的结论为:太阳辐射强度是集热管热性能的主要影响因素;环境风速对集热管热性能的影响几乎可以忽略;提高流体的进口温度会使得集热管的换热能力下降,因此应当选择最佳的流体进口温度并尽量减小进口温度波动;当合理选择流体质量流量,既要保证较高的瞬时集热量和瞬时热效率,又能使进出口温差变化明显。
[博士论文] 罗彦
动力工程及工程热物理;热能工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:近年来,随着可再生能源技术在世界范围内的快速发展与推广,直接蒸汽式(DSG)塔式太阳能热发电技术由于低成本、高效率的优势在我国受到广泛关注。针对DSG塔式电站定日镜场聚光模式复杂和电站启机耗时过长的问题,本论文根据水/蒸汽传热流体蒸发和过热过程的传热特性,提出一种由外置式吸热器(蒸发段)和腔式吸热器(过热段)所组成的分段式吸热器,并基于该分段式吸热器的独特结构展开电站系统集成设计与热经济性仿真研究。
  基于分段式吸热器结构建立定日镜场聚光模型并分析其聚光特性。通过聚光热流分配与迭代计算,得到位于西班牙塞维利亚10MWeDSG塔式电站定日镜场最佳设计方案,此时定日镜场整体效率为72.17%,指向蒸发段和过热段的定日镜数量分别为442个和182个,该定日镜场分配方案不仅保证了分段式吸热器表面热流值不超过安全范围,同时可提供蒸发段和过热段各自所需的热量。经计算,年运行工况下,定日镜场效率不完全随着太阳高度角的增加而增加,但全年内分段式吸热器表面最大热流值往往发生在夏至12:00,因此在进行定日镜场和分段式吸热器设计时,需对该时刻下分段式吸热器表面热流进行校验以确保工程安全性。
  建立分段式吸热器热力模型以揭示其运行特性。设计工况下10MWeDSG塔式电站分段式吸热器的热效率为86.55%。通过与双外置式吸热器进行对比,得到分段式吸热器热效率提高了3.2%,对应发电效率提高了0.88%。不同运行时刻下,尽管蒸发段采用外置式吸热器,但由于其表面温度远低于过热段,蒸发段热效率大于过热段约5%-9%;通过动态分配蒸发段和过热段所分别对应的定日镜数量,可维持分段式吸热器出口蒸汽温度为额定值。不同管外径下,减少蒸发段管外径对提高蒸发段热效率几乎没有影响,原因在于管壁导热热阻为主要热阻;而减少过热段管外径能大大提高过热段热效率,原因在于对流换热热阻为主要热阻,综合考虑管内对流和泵功消耗,过热段管外径存在最优值。
  基于分段式吸热器建立DSG塔式电站系统集成模型并对其热经济性进行讨论。在额定发电功率固定为50MWe而土地占用面积可改变的情况下,当太阳倍数和储热时长分别为2.7和9h时,电站标准发电成本(LCOE)最低,为21.4c/kWhe;通过改变电站地理位置可使得年太阳能法向直射辐射强度(DNI)提高55%,电站年发电量提高20.4%,电站最低LCOE降低30.1%,相应的最优太阳倍数降低至2.0;通过逐步改变电站各子系统投资成本进行敏感性分析后得到,最低LCOE受定日镜场和分段式吸热器投资成本变化的影响最大,且最优太阳倍数和储热时长仅随着定日镜场和储热系统投资成本的降低而增加。在土地占用面积固定为4.8km2而额定发电功率可改变的情况下,电站最低LCOE为21.77c/kWhe,对应的太阳倍数为1.7,储热时长为3h;通过改变电站地理位置或电站各子系统投资成本时得到的结论与固定额定发电功率时基本类似,由此可得与电站位置和成本敏感性分析相关的结论通用性较强,受限制域影响不大;通过将固定的土地占用面积由2.15km2逐渐增加至8.11km2时,电站最低LCOE由24.53c/kWhe降低至20.92c/kWhe,但其降低速率在不断减缓,最优太阳倍数和储热时长因电站年发电量和总投资成本变化趋势相对稳定而保持不变。
  为进一步降低DSG塔式太阳能电站储热系统的投资成本,采用“一步法”制备出比热更高且适用于大规模工程应用的纳米盐复合储热材料。当CuO纳米颗粒浓度为0.5wt%时,相对于纯二元硝酸盐,纳米盐复合物在液态状态下比热提高率可达到11.48%,其终止熔化温度提高约3℃,因此该纳米盐复合物更适合作为显热储热材料,但在作为显热储热材料时应注意时刻保持其工作温度高于终止熔点,从而防止出现储热材料凝固等安全事故。基于扫描电子显微镜(SEM)图像,推测低浓度CuO纳米颗粒表面针状纳米结构的半固体层是纳米盐复合物比热提高的原因。通过对该半固体层假设一个合适的比热值,结合修正后的混合物模型,可较为精确地预测低浓度CuO纳米盐复合物的比热。
[硕士论文] 王宁
动力工程及工程热物理;制冷及低温工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:太阳能是一种清洁、高效的能源,在太阳能利用领域商业化程度最高、推广最普遍的是太阳能光热利用。热管式太阳能集热器作为太阳能热利用装置的一种常见形式,其用作热量传输的核心部件为太阳能重力热管。由于太阳辐射存在热流密度波动大以及低热流密度的特点,要求热管必须具备优异的运行启动特性。
  本文提出并研究了一种石墨烯纳米流体热管式太阳能集热器。通过向去离子水中添加石墨烯纳米颗粒制备水基石墨烯纳米流体,用作太阳能重力热管的热管工质,改善太阳能重力热管的启动性能与运行特性。在对石墨烯纳米流体太阳能重力热管运行启动特性研究的基础上,探究石墨烯纳米流体太阳能重力热管用于热管式太阳能集热器的实际运行性能。本文所做工作主要包括以下几个方面:
  1)纳米流体的制备、稳定性及热物性研究。配制了四种不同质量浓度的水基石墨烯纳米流体,利用分光度计法探究了分散剂添加量对纳米流体稳定性的影响,获取了制备石墨烯纳米流体最佳的分散剂添加量。实验测试了纳米流体的导热系数、粘度、接触角等热物性,并分析了添加纳米颗粒强化基液导热系数的机理。最后结合重力热管的运行特性,耦合分析了导热系数和粘度对热管传热性能的影响,并结合纳米流体的分散稳定性,理论上确定了用作重力热管工质的适宜的纳米流体浓度范围。
  2)纳米流体太阳能重力热管运行启动特性。首先对制作完成的热管进行热管等温性测试,确保其符合实验要求,在热管等温性测试中分析了热管充液量对热管运行启动的影响,确定了适宜的热管工质充液量。通过热管壁温分布实验,达到了“可视化”研究太阳能重力热管的启动过程,模拟太阳能重力热管用于太阳能集热器的实际工作状况,对不同加热功率、不同循环水温、不同倾角下的太阳能重力热管的启动特性做了细致的研究。最后通过热管传热性能对比实验,同时对比研究了不同石墨烯质量浓度的纳米流体热管运行启动性能。
  3)搭建了两种不同热管形式的真空管太阳能集热器实验台。将石墨烯纳米流体太阳能重力热管用于真空管太阳能集热器,实验研究了这种新的热管形式的真空管太阳能集热器的集热性能,并以去离子水热管式真空管集热器为对照。
  4)在分析热管式真空玻璃管实验台合理性的基础上,搭建了分别应用石墨烯纳米流体热管与去离子水热管的两种热管式平板太阳能集热器实验台。首先对实验系统运行测试,然后开展了两种集热器的并联运行实验,对比分析了这两种集热器的集热性能,并对两种平板集热器的吸热板板温分布进行了分析。
[硕士论文] 蔡明臻
动力工程 广东工业大学 2017(学位年度)
摘要:随着社会经济的发展,化石能源大量开发和利用,造成了严重的大气和其他类型环境污染和生态破坏。可再生能源的开发和使用,已经成为本世纪最受关注的问题。太阳能是世界上最丰富的可再生能源,应用前景最为广泛。由于太阳能存在能流密度低、空间分布不均匀及能量供给不稳定等缺点,因此提高太阳能的利用率,降低利用成本,保证能量能持续供给等对太阳能的热利用具有重要的意义。通过菲涅尔透镜聚光,将有效的改善太阳能能流密度低的问题,相变储能技术能够解决能量供给不稳定和空间分布不均匀的矛盾,也是提高太阳能利用效率的有效手段。
  对此本课题将菲涅尔透镜聚光与相变储能技术结合,实现优势互补,将更好的实现对太阳能的利用,具体工作如下:
  (1)本文在前人研究的基础上,为了实现聚光装置固定焦点聚光,对菲涅尔透镜的聚光特性和极轴跟踪原理进行了理论分析,理论证明聚光器能实现全年固定焦点聚光;采用圆锥形腔体吸收器将聚光器聚焦的太阳能量收集,并通过传热工质实现对能量的传输;选择目前应用广泛的低温相变石蜡作为相变材料,设计了一种新型的固定焦点相变储能装置,将太阳能定焦点聚光装置与相变储能装置二者结合,使整个系统同时具备集热、储热和释热的功能,使储能装置多功能化。
  (2)搭建了固定焦点聚光相变储能装置热性能实验平台,进行了集热性能以及储热热性能测试实验。首先对影响集热效率的不同因素进行了实验分析,得到不同太阳辐照度、不同工质流量与系统瞬时集热效率的关系。太阳直射辐照强度与圆锥形腔体集热器的瞬时热效率的变化趋势基本一致;在一定范围内,传热工质的流量增大,集热器集热效率随传热工质的流量增大而增大。当超过临界值时,工质流量增大,集热器瞬时热效率强化作用不明显,系统的传热工质流量的选择必须综合考虑,本定焦点聚光相变储能装置存在最优传热工质流量12ml/s。并测定了该装置的集热效率,在环境温度的变化范围为16℃~21℃,空气风速小于4m/s,太阳直射辐照强度为650W/m2,传热工质导热油的流量是12ml/s条件下,集热器的最大集热效率为45%,最小集热效率为37%。实验研究了不同传热工质流量与不同进口油温对相变储能装置储能效率的影响。传热工质流量与进口油温的变化都是影响相变储能装置储能效率的重要性能参数。在一定范围内,当传热工质流量增大,管路内对流换热系数也随之增大,储能效率也随之增大。而当流量达到临界值后,增大流量对提高储能效率的作用不大;进口油温越高,传热温差越大,热传递的速率越快,储热罐内相变材料熔化速率越快,有利于提高储热效率。在太阳直射辐强度的平均值为650 W/m2,传热工质流量为12ml/s,实验系统日照4个小时的条件下,定焦点聚光相变储能装置的储热效率可达77.5%。
  (3)搭建了固定焦点聚光相变储能装置释热性能实验平台,进行了释热性能测试实验。对定焦点聚光相变储能装置的释热性能进行了研究,介绍了定焦点聚光相变储能装置释热实验的工作原理。实验中分别对不同流量和不同传热工质条件下对相变储能装置煮水效率的影响进行了研究。当传热工质流量为8、12与16ml/s时,其煮水效率分别为57%、85.6%、88.4%。传热工质流量的适当增加,相变储能装置的煮水效率增大。但传热工质对流换热的热阻在相变换热装置释热过程中不占主导地位,所以当流量增大到12ml/s时,再增大流量,对煮水效率影响并不明显。综合考虑下,本装置中最佳的流量为12ml/s。相变储能装置在环境温度的变化范围为16℃~21℃,空气风速小于4m/s,太阳直射辐射强度的平均值为650W/m2的条件下,忽略系统管路的热损失,控制传热工质导热油的流量是12ml/s,测得定焦点聚光相变储能装置的煮水效率为85.6%。
[硕士论文] 刘宇航
动力工程 广东工业大学 2017(学位年度)
摘要:煤、石油、天然气等化石能源的使用促进了世界经济的迅速发展,但与此同时也引发了能源危机。因此开发利用可再生资源、走可持续发展道路是当今能源发展的重中之重。太阳能作为可再生能源中分布最广泛的能源之一,以清洁、无污染,用之不竭的优势,受到了全世界范围的关注。在太阳能开发利用方面,太阳能热水器成为了主要应用产品。而生产出低成本,高效率的太阳能集热系统成为了目前主要的研究目标。
  本文针对目前太阳能集热器中存在的不足,提出了一种新型太阳能聚光热水系统,采用将菲涅尔透镜聚光集热系统与自然循环热水系统相结合,对影响其集热效率与循环效率的因素进行了理论分析,搭建了自然循环型菲涅尔聚光热水系统实验平台,将理论数据与实验数据进行了比较,优化了实验设计,得出了系统的集热效率与循环效率。主要研究内容和结论如下:
  (1)通过对自然循环型热水系统理论分析,得出了集热器总热损系数,效率因子和实际集热效率的表达式。同时得出了热虹吸压头与位置函数的表达式,由这些表达式得出集热器进出口压力差越大,循环驱动力就越大。由此分析出适当地增加系统循环回路高度或减小管路的流动阻力系数可有效增加系统的循环流量,从而增加系统的热效率。
  (2)通过搭建自然循环型菲涅尔聚光热水系统实验台,测定了系统的集热效率,并且分析了影响集热效率的主要因素,如入射光偏角与腔体接收器的开口角度等。集热器的集热效率随入射光的偏角的增大而减小,要保证集热效率达到最大,应尽量使得入射偏角为0°,此时集热器集热效率为0.91。集热器的效率因子随腔体接收器的开口角度的增大呈先增大后减小状态。根据实验中采用的菲涅尔透镜的尺寸大小及焦距,得出光线经聚光器后形成光线轨迹的角度为60°,实验测得当腔体接收器的开口顶角为60°时达到最大集热效率,此时集热效率为0.9,因此当腔体接收器的开口角度与光线经聚光器后形成光线轨迹的角度保持一致时,集热器的集热效率最好。
  (3)根据第二章的理论分析与实验研究,得出腔体接收器的空晒性能参数为0.51(m2·℃)/W,并且推导出系统集热效率因子与总热损系数的函数关系式。系统集热效率因子随总热损系数的增大而减小。因此为了提高聚光集热系统的集热性能,必须减小系统的总热损系数,理想的集热效率因子在0.7左右,从而将总热损系数控制在350 W/(m2·K)以下最为合适。根据其函数关系式,计算出集热器理论集热效率为0.61,而实际集热效率始终小于理论集热效率,造成此结果的因素是集热器对外辐射和与空气进行的对流换热。
  (4)通过对循环效率实验的研究与分析,可以得出影响系统循环效率的因素主要为系统的循环流量。结果表明,系统循环效率随流量的增大而增大,而当循环流量上升到5g/s时,循环效率不再增大并维持在0.15。
[硕士论文] 谢世列
机械工程 重庆理工大学 2017(学位年度)
摘要:目前对太阳能的利用主要方式为光热及光伏两种。在光伏应中,太阳能电池的光电转换效率随着环境温度升高而降低。针对太阳能电池散热问题,国内外学者对此提出了不同的降温方案。本文根据环境温度与太阳能辐射强度的随动关系(即高环境温度伴随强太阳辐照度出现),提出了一种基于太阳能烟囱效应的光伏组件强化空冷散热装置。
  在提出强化散热装置的设计方案基础上,采用有限元分析软件Ansys建立了系统散热性能的预测模型。利用所建模型,对强化空冷散热装置进行了结构优化分析。为验证新型光伏组件强化空冷散热装置的实用性与所建模型的预测精度,搭建了对比实验平台,并基于当地侧风极限强度,对所搭建的实验平台进行了风载静力学分析,确保其在侧风条件下的结构稳定性。随后,根据所需实验数据完成了测试系统的构建,包括各类传感器选型安装、人机界面设计、上下位机通讯等。
  其中,采用TAM-18B20-8L数字采集模块与KLM-4118电流采集模块实现了各观察点传感器采集数据的集中,使用Visual Basic图像化编程软件完成了人机通讯界面的开发,采用串口通信方式实现了对各类传感器采集数据的实时检测。
  开展实验研究,利用实验数据验证了前期所建强化散热装置性能预测模型的预测精度,并以此模型为研究基础分析了环境温度与太阳能辐照度对散热装置散热性能的影响,结果表明,基于太阳能烟囱效应的强化空冷散热装置可将光伏组件的温度较降低10度,有效提高了光伏组件的光电转换效率及使用寿命。
[硕士论文] 朱晓彬
材料工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:为了缓解能源供给紧张的问题,人们在竭尽所能地合理高效利用现有能源的同时不断开发新能源。太阳能是一种含量丰富且无污染的天然能源,是国际公认的竞争力巨大的未来能源之一。目前科研工作者已开发出多种太阳能利用的方式,其中太阳能光热转换技术是最简单、直接的能量转换方法,该技术发展较早且应用广泛。如今,太阳能热水器已普遍参与到大多数家庭的日常生活中,是商业化水平最高的太阳能热利用技术。
  太阳能的能量密度较低,即品质不高,因此必须利用太阳能集热器等技术来提高光热转换率,从而实现太阳能的充分有效利用,而太阳能选择性吸收光热涂层是太阳能集热器的主要组成,为了提高光热转换效率,光热涂层应在太阳光范围内尽可能增加吸收,而在红外波长范围内尽可能降低自身热辐射。同时光热涂层的耐候性也是太阳能利用中不容忽视的问题,它决定了太阳能热水器的耐久性和稳定性。因此,我们需要对已有的工艺进行不断地优化,开发更优的工艺技术,制备出具有优异的光学性能及耐候性能的太阳能选择性吸收光热涂层。
  基于以上背景,利用可调脉冲高功率反应磁控溅射技术(MPPMS)在铁素体不锈钢(SS)基体上沉积Cu/TiN/TiSiN/SiN太阳能选择性吸收光热涂层(SSACs)。在此系统中,Cu、TiN、TiSiN和SiN分别用作红外反射层、主吸收层、次吸收层和减反层。在优化工艺参数条件下制备的S S/Cu/TiN/TiSiN/SiN光热涂层,其平均吸收率为0.944和平均发射率为0.057,α/ε值为16.02。另一方面,采用同一工艺参数制备了不含Cu层的光热涂层,即SS/TiN/TiS iN/S iN,该涂层显示出与含Cu涂层相似的吸收率(~0.95),但是发射率较高,整体的选择性吸收性能不好。同时,X射线衍射分析表明,Cu层是多晶结构,而TiN、TiSiN和SiN各层均是非晶结构。
  为验证光热涂层的耐温性能,将太阳能选择性吸收光热涂层样品分别进行了真空和空气环境的耐温测试。在真空环境中分别加热到500℃、600℃和700℃,保温2小时,其中在500℃条件下,其光热吸收性能无明显变化;而在空气环境中,分别在200℃、250℃、300℃和350℃下保温2小时,其中温度高达250℃时,涂层仍能保持较好的选择性吸收性能,300℃时其光热性能开始下降。采用原子力显微镜(AFM)图像和XRD光谱来研究不同水平耐温测试下涂层的表面形貌和显微结构的变化,更进一步证明了SS/Cu/TiN/TiSiN/SiN光热涂层具有优异的耐温性能。
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