【摘要】：隨著能源的日益緊缺、環(huán)境的持續(xù)惡化,世界各國政府致力于尋求新型、清潔、可持續(xù)的能源。太陽能作為一種清潔能源,又是可再生能源,有著化石能源不可比擬的優(yōu)越性從而被世界各國開發(fā)利用。太陽能熱光伏發(fā)電是目前對(duì)于太陽能光熱利用的一種新途徑。太陽能熱光伏系統(tǒng)較一般太陽能光伏系統(tǒng)具有高功率密度、高轉(zhuǎn)換效率、無運(yùn)動(dòng)部件、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),具有廣闊的應(yīng)用前景。特別是在中國霧霾肆虐的今天太陽能熱光伏系統(tǒng)的研究就顯得更加急迫。本文研究了太陽能熱光伏系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理,優(yōu)化各個(gè)組成部件。具體研究包括以下幾個(gè)方面:(1)針對(duì)太陽能熱光伏系統(tǒng)建立完整的物理模型,分析其運(yùn)行原理。通過分析各個(gè)部件的工作原理來優(yōu)化其效率從而來提高整體的效率。分析基爾霍夫定律弄清楚熱輻射的原理,以及超材料與一維光子晶體對(duì)太陽光的選擇性的特性和光伏電池的禁帶寬度等。以上這些都為優(yōu)化設(shè)計(jì)太陽能熱光伏系統(tǒng)提供了必要的理論指導(dǎo)。(2)提出一種基于超材料的十字架結(jié)構(gòu)的選擇性吸波器。超材料是一種人工設(shè)計(jì)、具有超常物理特性的電磁材料,基于超材料的太赫茲吸波材料在太陽能熱光伏領(lǐng)域中有著許多潛在的應(yīng)用。本文針對(duì)系統(tǒng)的選擇性輻射器進(jìn)行了研究。根據(jù)基爾霍夫定律可知物體的吸收率等于發(fā)射率,研究選擇性輻射器相當(dāng)于研究選擇性吸波器。本文利用超材料吸波器的特性設(shè)計(jì)一種基于十字架結(jié)構(gòu)的選擇性吸波器并進(jìn)行了理論分析。仿真結(jié)果表明,該吸波器在頻率為129.3THz、波長為2.33um處吸收率達(dá)到了99.6%,可以與InGaAsSb光伏電池相匹配。該吸波器的材料選用鎢、三氧化二鋁,能滿足太陽能熱光伏系統(tǒng)對(duì)于工作溫度的要求。(3)提出一種基于一維光子晶體的濾波器。本文針對(duì)系統(tǒng)的濾波器進(jìn)行了研究,濾波器是主要作用是透射光伏電池所能吸收的電磁波,同時(shí)將光伏電池不能吸收電磁波反射回去給熱輻射器加熱。濾波器是實(shí)現(xiàn)熱輻射器與光伏電池之間相匹配的器件,濾波器的好壞會(huì)直接影響到熱光伏系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率,因此對(duì)其進(jìn)行有關(guān)的研究是非常重要的。本文利用Macleod設(shè)計(jì)一種一維光子晶體濾波器并進(jìn)行了理論分析。仿真結(jié)果表明,該濾波器截止波長為2um,短波平均透射率大于70%,長波平均反射率大于90%,可以與GaSb光伏電池相匹配,能大大提高太陽能熱光伏系統(tǒng)的效率。
【圖文】：

第 2 章 太陽能熱光伏系統(tǒng)效率研究2.1 太陽能熱光伏系統(tǒng)原理分析STPV 系統(tǒng)的簡化結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示，其最重要的部分是放置于太陽和光伏電池之間的吸波-輻射單元，，如圖所示與與太陽光相鄰的部分為吸波器，與光伏電池相鄰的部分為輻射器�；驹硎俏ǎ椛鋯卧奈ㄆ鲿�(huì)將照射過來的太陽光吸收，從而加熱輻射器使其溫度上升，然后輻射器輻射恰恰高于光伏電池禁帶寬度的窄帶光譜，而濾波器作用是會(huì)讓高于光伏電池禁帶寬度的光通過其它的光會(huì)反射回輻射器繼續(xù)加熱。經(jīng)過合理設(shè)計(jì)的濾波器的電磁波幾乎全是能夠被光伏電池吸收轉(zhuǎn)換為電能。理想情況下，加入了濾波器的 STPV 系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)85%[10]。

μ>0 ε< 0, μ<0 2.2 常規(guī)材料與左手材的折射示意圖自從發(fā)現(xiàn)以來就一直受到了人們的注意料吸波器就為此研制出來了。超材料吸行合理設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)與自由空間的阻磁波產(chǎn)生接近于 100%吸收的吸波器。在特性首次制備出完美超材料吸波器[15]，介質(zhì)層，下面是短導(dǎo)線（如圖 2.4 所示）圖 2.3 所示）。上層諧振環(huán)以中間導(dǎo)線為流分布對(duì)稱，類似于電諧振環(huán)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，這種反向平行電流就是磁諧振的特征磁波的電場和磁場分量，且在窄帶下具
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM615;TM914.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2607171