太阳能光伏发电半导体制冷/制热系统的实验研究

论文摘要

太阳能是一种取之不尽、用之不竭的绿色能源,半导体制冷具有体积小、重量轻、无噪声和无泄漏等优点。本文设计了利用太阳能光伏发电为半导体制冷器提供直流电对空间进行制冷/制热的系统,该系统具有结构简单、可靠性高、无污染等优点,特别适合没有架设电网的边远地区的冷藏/暖藏箱等应用,对推进太阳能光伏发电半导体制冷/制热系统的市场应用有一定参考意义。本文主要开展并完成以下工作：1、在分析太阳能光伏发电和半导体制冷器的基本原理、运用及发展现状的基础上,设计并搭建太阳能半导体制冷/制热系统。系统由太阳能单晶硅光伏电池、半导体制冷器、充放电控制器、蓄电池和数据采集系统等部分组成。2、从理论上研究了太阳能电池的I-U特性、照度特性和温度特性,及光伏电池的等值电路,根据长沙地区的天气状况,对太阳能电池在不同情况下的运行特性进行了实验研究。实验得到太阳能电池最佳倾角约为20°。研究不同工况下电池的I-U特性,得出太阳能电池的填充因子约为0.58,转换效率约为8.47%。测试不同太阳辐射下太阳能电池的工作参数得出：给定温度情况下,短路电流Isc随太阳辐射强度的增加线性增加,开路电压Voc随太阳辐射强度的增加呈对数增加,辐射高于300 W/m2时趋于饱和；在辐射强度一定时,短路电流随着温度的升高而增加,开路电压Voc随温度的升高而减小。3、分别对该系统的制冷和制热性能进行实验研究。制冷实验研究得到：制冷空间温度随着制冷器工作电流I的增大而先下降后升高,随着热端风扇功率的增大而下降,随着环境温度的增大而升高。制热实验研究得到：产热量QH随工作电流I的增大而增加,因此通过调节工作电流可以准确控制制热空间温度。4、对本实验所设计的太阳能制冷/制热系统的成本及减排效益进行分析。当使用寿命为20年时,系统年平均费用约为361元；实验所设计的太阳能发电系统替代煤发电,减少有害物质排放总量为0.682吨,总的减排效益约3536.28元。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 太阳能光伏发电概述
• 1.1.1 太阳能的特点
• 1.1.2 太阳能光伏电池的发展及应用
• 1.2 半导体制冷的发展
• 1.2.1 半导体制冷的发展
• 1.2.2 半导体制冷应用领域
• 1.3 太阳能光伏发电半导体制冷/制热系统国内外现状
• 1.4 课题来源及论文主要内容
• 第二章 太阳能光伏发电及半导体制冷基本原理
• 2.1 光伏发电基本原理及特性
• 2.1.1 伏安特性
• 2.1.2 照度特性
• 2.1.3 温度特性
• 2.2 半导体制冷基本原理
• 2.2.1 赛贝克效应
• 2.2.2 帕尔贴效应
• 2.2.3 汤姆逊效应
• 2.2.4 傅里叶效应
• 2.2.5 焦耳效应
• 2.2.6 输出功率及效率
• 第三章 实验系统设计
• 3.1 总体设计方案
• 3.2 实验系统介绍
• 3.2.1 太阳能电池
• 3.2.2 半导体制冷器
• 3.2.3 辅助设施
• 第四章 实验结果及分析
• 4.1 太阳能光伏电池特性测试
• 4.1.1 太阳辐射计算模型
• 4.1.2 最佳倾角测试
• 4.1.3 I-U特性测试
• 4.1.4 照度特性测试
• 4.2 制冷/制热实验研究
• 4.2.1 制冷实验结果及分析
• 4.2.2 制热实验结果及分析
• 4.3 系统实用性分析
• 4.3.1 实验系统成本分析
• 4.3.2 实验系统减排效益
• 第五章 结论及建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的主要研究成果
• 致谢