太阳能热电光电复合发电系统的热力学分析与结构优化

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1、分类号——UDC密级学校代码曼Q塑Z武多凄理歹大署学位论文题目态阻篚垫电=选电复金筮电丕统鲍热应堂盆盘生结捡笾丝英文ThermodynamicAnalysisandStructureOptimizationfor题ElSolarThermoelectricandPhotovoltaicHybridGeneratorSystem一研究生姓名扬丞越姓名岜金生职称教援学位擅±．指导教师单位名称一．汽奎王程堂院邮编430070申请学位级别蝗±学科专业名称遗奎运届王猩论文提交日期论文答辩日期学位授予单位武这理王太堂日期答辩委员会主席评阅人翟鹏猩蘑丛鱼隆塑垩2011年11月Thermodynamic

2、AnalysisandStructureOptimizationforSolarThermoelectricandPhotovoltaicHybridGeneratorSystemADissertationSubmittedtoWuhanUniversityofTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofEngineeringbyYangTianqi(Major：AutomotiveServiceandTradeEngineering)DissertationSupervisor：Profess

3、orXiaoJinshengNovember2011Ⅷ9肌●I川川1Ⅲ9M3舢0川2删Y独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。关于论文使用授权的说明本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印和

4、其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)獬：蝉⋯轹)【一武汉理工大学博士学位论文摘要本文首先根据实际碲化铋热电器件的结构建立了有限元分析模型，并将其分析结果与碲化铋器件韵测试结果进行了对比。结果显示，在相同边界条件的情况下，模拟结果和测试结果是基本吻合的，这证明本文的分析模型无误。然后，建立了用于太阳能热电一光电复合发电的级联热电器件单P-N节的有限元分析模型，模型中考虑了接触电阻的影响以及热电材料参数随温度变化的实际情况，并分别对碲化铋单P-N节和方钴矿单P-N节在最大效率条件下不同结构时的性能进行了分析。结果表明．以P节碲化铋1．8mm×1llqim×Imm、N节碲化

5、铋1．8mmx1姗×0．98mm、N节方钴矿4．08mill×1舢阻×1mm和P节方钴矿4．08fnmx1舳×t．32mm的尺寸组成的级联热电单P．N节。当其在最宽温域下工作时。低温热电单P．N节和中温热电单P-N节恰好在各自的最佳温域工作，且都获得了热电转化效率的极大值。此时，级联热电单P．N节在最佳设计下的热电转化效率的极大值可达11．922％。接着，基于级联热电单卜N节的最佳设计方案，建立了太阳能热电装置的分析模型，模型中考虑了太阳能热电装置的实际工作条件以及各种热损失的影响，对其在不同工况下的性能进行分析。结果表明。热传导损失、自然对流热损失和热辐射损失对太阳能热电装置的性能有显

6、著的负面影响，并增加聚光和装置冷却韵难度。在实际装置中，应尽量选择热导率低的材料作为P、N节间的填充物以降低热传导损失，应采用真空绝热等技术以降低自然对流热损失，应选用具有高太阳辐射吸收率和低发射率的集热体表面涂层以降低热辐射损失。在绝热材料热导率为0．'05W／inK、集热体表面发射率为0．1以及接触电阻为50／【‘Ocm2的合理情况下，基于级联热电器件的太阳能热电装置在最宽温域下工作时，其对太阳能的总利用率可达6．902％。然后，在热效率分析的基础上。根据火用分析的基本理论，建立了太阳能热．电装置的火用分析模型。分析模型中考虑了太阳能热电装置各个组成部分的火用损失，对各种热损失对太阳

7、能热电装置火用效率的影响进行了分析．结果显示，热传导损失、自然对流热损失和热辐射损失对太阳能热电装置的火用效率有显著的负面影响。因此，不论从能量“量”的角度还是从能量“质”的角度。尽量降低热·本论文研究得到“热电材料和器件的服役行为与系统验证”(973No．力007cB607506)，。太阳能热电一光电复合发电关键技术与分布式电站示范系统”(s63No．2007AA052444),10“太阳能热电一光电复合发电技术及其关键材料的基础