發(fā)布時間：2020-06-09 17:43

【摘要】：工業(yè)革命至今,化石燃料的燃燒帶來了大量溫室氣體的排放,導(dǎo)致全球平均氣溫逐漸升高,極端天氣變得更加頻繁,因此各國政府越來越重視對清潔能源的利用。太陽能作為一種存量最豐富、分布最廣泛的清潔能源,受到了政府的極大重視。近年來提出的太陽能熱光伏系統(tǒng)有望突破過去光伏系統(tǒng)的能量效率,因而受到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。光譜選擇性太陽能吸收器是寬帶超構(gòu)材料吸收器的一種,也是太陽能熱光伏系統(tǒng)中的核心器件,更是提高太陽能熱利用的重要一環(huán)。但由于目前提出的一些太陽能吸收器存在吸收帶寬窄,吸收光譜選擇性差,極化敏感,無法廣角吸收等問題,導(dǎo)致性能指標(biāo)不高,阻礙了其在太陽能熱光伏系統(tǒng)中的實(shí)際運(yùn)用。本論文以光譜選擇性太陽能吸收器作為研究對象,分別設(shè)計(jì)了一種基于漁網(wǎng)狀光柵超構(gòu)材料的太陽能吸收器和一種基于光子晶體超構(gòu)材料的太陽能吸收器,并且闡述了相關(guān)的物理機(jī)理。提出并研究了一種基于覆蓋減反層的二維垂直串聯(lián)漁網(wǎng)狀光柵波譜選擇性太陽能吸收器。使用CST軟件計(jì)算仿真了該吸收器的光學(xué)性質(zhì)和多種電磁共振吸收模式。在0.3-1.625 μm波長范圍內(nèi),該吸收器有超過90%的吸收率,并且在0.3-1.53μm波段,該吸收器擁有超過94.7%的超高吸收率,并且該波段內(nèi)的平均吸收率為98%。超過2.3 μm的中紅外波段,該吸收器的發(fā)射率都低于20%,表現(xiàn)出較好的選擇性。在入射角為50度時,當(dāng)入射波為TM極化波時,在0.3-1.5μm波段有超過94%的吸收率;當(dāng)入射波為TE極化波時,在0.3-1.52μm波段有超過85%的吸收率,表現(xiàn)出較好的廣角吸收特性。由于結(jié)構(gòu)的高度對稱性,該吸收器對極化不敏感。與其相關(guān)的吸波物理機(jī)理包括減反模、腔共振、磁極化。提出并數(shù)值計(jì)算了一種基于介質(zhì)填充的覆蓋減反層的膜耦合的二維金屬光子晶體的高效太陽能吸收器。該太陽能吸收器與光偏振無關(guān),在0.33到1.45μm波段,對光有超過95%的超高吸收率,并且在入射角50度以內(nèi),吸收率對入射角不敏感。在波長超過2.2μm的波段,熱發(fā)射率都低于20%,充分顯示了其強(qiáng)大的吸收選擇性。該太陽能吸收器的光吸收性質(zhì)主要是減反模,腔共振和表面等離子體共振耦合的共同作用所決定。通過分析所提出太陽能吸收器的相關(guān)性能指標(biāo)可以發(fā)現(xiàn),其總太陽能光熱轉(zhuǎn)化效率非常接近理想的截斷選擇性太陽能吸收器,且比目前幾種有代表性的太陽能吸收器要更加優(yōu)秀。由于其極化無關(guān)性,角度不敏感性和寬帶選擇吸收,該吸收器非常有希望在現(xiàn)實(shí)中被運(yùn)用到可再生能源領(lǐng)域,比如太陽能加熱和太陽能發(fā)電。
【圖文】：

亞波長結(jié)構(gòu)單元周期性陣列排列組成了超構(gòu)材料，非常類似自然材料中的晶體，其逡逑與電磁波相互作用產(chǎn)生獨(dú)特的電磁響應(yīng)，從而表現(xiàn)出超常的電磁特性，比如有代表逡逑性的左手材料［１３，１４］，如圖１－１所示。在電磁學(xué)中，材料的電磁特性的兩個基本參數(shù)逡逑是介電常數(shù)Ｓ和磁導(dǎo)率卜介電常數(shù)指材料在外電場作用下極化程度的物理量，磁逡逑導(dǎo)率是表示磁介質(zhì)所具有磁性的物理量。自然界中不存在介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都為負(fù)逡逑值的材料，而超構(gòu)材料中的左手材料卻可以實(shí)現(xiàn)。其內(nèi)部既存在磁諧振又存在電諧逡逑振，電磁波在其中是以反向波傳播模式存在的。超構(gòu)材料最重要的特性就是人工設(shè)逡逑計(jì)的可操作性強(qiáng)，通過在亞波長范圍內(nèi)對微納結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控設(shè)計(jì)就能實(shí)現(xiàn)對超構(gòu)材逡逑料等效電磁參數(shù)的人工調(diào)控，進(jìn)而調(diào)控其與電磁波的電磁響應(yīng)。逡逑．Ａ邐Ｃｒ邋Ａｇ逡逑（ａ）邐＾逡逑ｆｅ邋趣；逡逑＇’邋一邐！匕逡逑圖１－１邋ａ）工作在紫外頻段的負(fù)折射超材料ｈ３］。ｂ）工作在紅外頻段的負(fù)折射材料［１４］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋ａ）邋ＮＩＭｓ邋ｗｏｋｉｎｇ邋ａｔ邋ＵＶ邋ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ，邋ｂ）邋Ｆｉｓｈｎｅｔ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ａｓ邋ＮＩＭｓ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｉｎｆｒａｒｅｄ邋ｒｅｇｉｏｎ逡逑超構(gòu)材料吸收器是一種損耗型超材料，其可以將入射電磁波的能量近完美的吸逡逑收并且轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉或者轉(zhuǎn)移出去。超構(gòu)材料吸收器不僅具備通常的吸收器的逡逑全部基本特點(diǎn)

邐北京郵電大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文邐逡逑＝邋ｓｉｎ（ｎｆｃｄ）邋—邋＾邋（ｚ邋＋邋￣）邋ｃｏｓ（ｎ／ｃｄ）ｊ邋ｅｌｋｄ邐（１－３）逡逑其中，１１邋＝邋｜１１邋＋加２是吸收器的復(fù)折射率，２邋＝邋２１邋＋邋％是吸收器的復(fù)阻抗，而１？＝逡逑Ｗ／Ｃ為吸收器中的傳輸波數(shù)。當(dāng)吸收器的阻抗能夠與開放空間相匹配時，即２（００）＝逡逑１，反射率和透射率分別為：逡逑？角…歐２邋＝邋０邐０－４Ｔ（00）邋２邐｜５２１｜２邋＝邋ｌｉｍ邋（ｅ—辦廣１）ｆｃｄ邋■邋ｅｎ２ｆｃｄ）邋＝邋ｌｉｍ邋ｅ－２ｎ２ｆｃｄ邋＝邋０逡逑ｖ邐Ｊ邐ｎ２＾ｃｏ逡逑相應(yīng)的，吸收器的吸收率Ａ則為：逡逑Ａ（ｗ）邋＝邋１邋－邋Ｒ（ｃａ）邋－邋Ｔ（ｏｏ）邋＝邋１邐（１－５）逡逑通過設(shè)計(jì)超構(gòu)材料吸收器的單元結(jié)構(gòu)，使得阻抗與開放空間匹配，即ｚ（ｏｏ）邋＝邋ｌ，入逡逑射電磁波進(jìn)入吸收器后不再被反射和透射，而是被超構(gòu)材料耗散掉實(shí)現(xiàn)近完美的吸逡逑收性能，即Ａ（ｏｏ）邋＝邋１。逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TK513;O734

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;德研制出新型太陽能吸收器[J];農(nóng)村能源;1996年02期

2 ;德研制出新型太陽能吸收器[J];資源開發(fā)與市場;1996年01期

3 鐘迪生;劉宏俊;;非均勻金屬介質(zhì)薄膜太陽光譜選擇吸收器[J];激光與紅外;1988年12期

4 劉昌銀;;美國耐久(候)性試驗(yàn)的現(xiàn)狀 太陽能吸收器的加速老化試驗(yàn)[J];合成材料老化與應(yīng)用;1989年01期

5 潘晶;;吸收太陽能效率高的新型超黑材料[J];科技簡報;1980年03期

6 劉東;王林;李強(qiáng);;基于有機(jī)半導(dǎo)體的寬波段薄膜太陽能吸收器[J];工程熱物理學(xué)報;2018年11期

7 曲陽陽;;我的“海底世界”[J];閱讀;2014年Z3期

8 王林;劉東;李強(qiáng);;具有平面超薄膜結(jié)構(gòu)的二維材料太陽能吸收器[J];中國科學(xué)院大學(xué)學(xué)報;2018年02期

9 ;簡訊[J];材料導(dǎo)報;1993年03期

10 王顯厚;;由氧化硅和金粒組成的太陽能薄膜吸收器[J];儀器制造;1982年03期

相關(guān)重要報紙文章 前1條

1 見習(xí)記者 王華峰;新能源盡顯綠色環(huán)保魅力[N];中國電力報;2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 李輝;光譜選擇性太陽能吸收器的物理機(jī)理研究[D];北京郵電大學(xué);2019年

2 吳小翠;高溫太陽能吸收器的優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];南京航空航天大學(xué);2010年

3 王婧婧;大口徑太陽能聚光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[D];電子科技大學(xué);2017年

，

本文編號：2705031