集热式太阳能温差发电装置的研究

论文摘要

在现代化经济迅速发展的时期,能源紧缺现象日趋严重,太阳能这种新型的可再生绿色能源,具有着经济、清洁环保、储量大等优点,受到越来越多人的重视,太阳能发电技术在各个国家都被广泛的研究和应用。温差发电技术是一种将热能直接转换为电能的环保能源技术,在发电过程中无噪音、无污染物排放、体积小、重量轻等优点。随着热电材料的迅速发展以及性能的提高,已经开始从军事航天领域向民用和工业应用方面普及。本课题中,采用ANSYS软件,研究温差发电元件的性能,并仿真优化在中温区（200-400℃）有较高热电转换效率的分段温差电元件。在此基础上,利用太阳能热作为温差发电的热源,研制一套集热式太阳能温差发电装置,主要包括太阳能集热装置、温差发电器、直流稳压模块等。本论文的主要内容如下：在温差发电理论基础上,利用ANSYS仿真软件,仿真计算热电单元的各个因素对其热电特性的影响。采用对电臂分段的方法来提高温差发电的特性,在热端400℃,冷端25℃、50℃,80℃三种情况,优化设计了分段热电元件的几何尺寸,在温差375℃时,热电转换效率可达到10%以上。通过对聚光集热器、温差发电器（集热板、热电模块、水冷却系统）等部分的研究,组装了一套集热式太阳能温差发电装置。利用ANSYS软件热分析模块,仿真实验条件,从理论上证明了此装置的可行性。在不同太阳辐射功率、不同热电模块数量情况下,实验测得温差发电器的输出功率,在太阳辐射功率880W/m2时,可输出功率约10W。并根据实验结果,利用集成开关稳压芯片MAX669设计了DC-DC稳压电路,为蓄电池稳压充电。研究光谱选择性原理,通过对不同涂层的简单对比实验,最后在集热板上涂B92太阳能吸热涂料,来提高太阳能利用率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 温差发电技术概述
• 1.2.1 温差发电技术的应用
• 1.2.2 温差发电技术的国内现状及发展动态
• 1.3 本论文的工作
• 第二章 温差发电的基本理论及仿真软件介绍
• 2.1 热电转换的基本效应
• 2.1.1 赛贝克效应
• 2.1.2 帕尔帖效应
• 2.1.3 汤姆逊效应
• 2.1.4 焦耳效应
• 2.1.5 傅立叶效应
• 2.2 热电转换优值系数
• 2.3 ANSYS简介
• 2.3.1 ANSYS热分析
• 2.3.2 ANSYS热-电耦合分析
• 2.3.3 ANSYS流体分析模块
• 第三章 温差发电器的理论模型及仿真设计
• 3.1 温差发电器的理论模型
• 3.1.1 温差发电器的工作效率
• 3.1.2 温差发电器的输出功率
• 3.2 温差发电元件的仿真优化设计
• 3.2.1 接触效应对温差发电器性能的影响
• 3.2.2 半导体材料参数对温差发电器性能的影响
• 3.2.3 分段温差电元件的优化设计
• 3.3 小结
• 第四章 集热式太阳能温差发电装置与实验
• 4.1 实验装置的组成与研究
• 4.1.1 太阳聚光集热装置
• 4.1.2 半导体温差发电器
• 4.2 实验条件的仿真
• 4.3 实验结果及分析
• 4.4 DC-DC稳压模块
• 4.4.1 开关稳压电源
• 4.4.2 稳压模块设计
• 4.4.3 稳压模块的性能测试
• 4.5 小结
• 第五章 提高太阳能利用率
• 5.1 光谱选择性概述
• 5.2 集热板不同涂层的简单对比实验
• 5.2.1 低温区不同涂层的简单对比
• 5.2.2 中温区不同涂层的对比实验
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果