太阳能热光伏热电联产系统研究

【摘要】：太阳能热光伏热电联产系统是太阳能热电综合利用的另一种途径,具有理论效率高,输出电功率密度高,可靠性高,无污染等优点,具有广阔的应用前景。本文主要对太阳能热光伏热电联产系统进行了优化设计、数值模拟与实验研究,以提高系统的效率。 1)对系统的聚光器、太阳自动跟踪器、辐射器、滤光器、散热器等部件进行了结构设计,初步确定了各部件的结构尺寸。 2)基于热电综合利用效率,建立了太阳能热光伏热电联产系统的传热模型,采用离散变量网格法,对系统进行了优化设计,得到了系统各部件的最佳设计尺寸,分析了各部件的主要结构参数对系统性能的影响。结果表明：增加聚光器的开口半径和聚光比,可以有效提高系统的热电综合利用效率；辐射器的内半径及高度对系统的热电综合利用效率的影响,存在一个最佳值；增加滤光器定位圆半径不利于提高系统的发电效率和热电综合利用效率,但有利于提高热效率；增加散热器内核的内壁面半径基本不影响系统的效率。 3)基于FLUENT软件,建立了系统能量转换器的数值模型,并对其进行了数值模拟,分析了气候参数及各部件的性能参数对系统性能的影响。结果表明：提高太阳辐射强度、聚光器的表面反射率及采集因子、玻璃盖的透射率均能有效提高系统的效率；气温及风速的增加基本不影响系统的发电效率,但对热效率及热电综合利用效率造成了一定的影响；提高辐射器的发射率反而不利于提高系统的发电效率,但有利于提高热效率及热电综合利用效率；增加散热器入口水温不利于提高系统的效率；增加散热器的入口流速可以提高系统的发电效率,而热效率及热电综合利用效率先增大后减小,存在一个最佳流速。 4)对太阳能热光伏热电联产系统的实验装置进行了加工与改进,通过实验分析了运行工况对系统性能的影响,并与数值模拟结果进行了对比,分析了系统白天的运行性能,并与太阳能热光伏系统的实验结果进行了对比。结果表明：实验结果与数值结果的变化趋势基本吻合,但存在一定的偏差；与太阳能热光伏系统相比,太阳能热光伏热电联产系统有助于提高辐射器温度和热水温度,且有效提高了系统的发电效率、热效率及热电综合利用效率,最高值的增幅分别达到了28.64%、13.91%及15.74%。 【关键词】：太阳能热光伏 热电联产 优化设计 数值模拟 实验研究 效率
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 图表目录11-14
• 1 绪论14-21
• 1.1 太阳能热光伏热电联产系统简介14
• 1.2 国内外研究现状14-20
• 1.2.1 太阳能热光伏系统的研究现状14-18
• 1.2.2 聚光型太阳能热电联产系统的研究现状18-20
• 1.3 论文主要研究内容20-21
• 2 太阳能热光伏热电联产系统的结构设计21-36
• 2.1 聚光器的结构设计22-26
• 2.1.1 聚光器的概述及选型23-25
• 2.1.2 旋转抛物面聚光器的结构设计25-26
• 2.2 太阳自动跟踪器的结构设计26-27
• 2.3 辐射器的结构设计27-31
• 2.3.1 辐射器的结构设计27-30
• 2.3.2 辐射器的小结30-31
• 2.4 滤光器的结构设计31-32
• 2.5 散热器的结构设计32-34
• 2.6 供热组件的结构设计34-35
• 2.7 本章小结35-36
• 3 太阳能热光伏热电联产系统的优化设计36-53
• 3.1 传热模型36-44
• 3.1.1 聚光器的传热模型36
• 3.1.2 玻璃盖的传热模型36-38
• 3.1.3 辐射器的传热模型38-39
• 3.1.4 滤光器的传热模型39
• 3.1.5 光伏电池组件的传热模型39-40
• 3.1.6 散热器的传热模型40-42
• 3.1.7 循环水泵的传热模型42-43
• 3.1.8 水箱的传热模型43
• 3.1.9 模型阐述与比较43-44
• 3.2 优化设计44
• 3.3 结果分析44-51
• 3.3.1 聚光器的开口半径对系统性能的影响45-46
• 3.3.2 聚光器的聚光比对系统性能的影响46-47
• 3.3.3 辐射器的内半径对系统性能的影响47-48
• 3.3.4 辐射器的高度对系统性能的影响48-49
• 3.3.5 滤光器的定位圆半径对系统性能的影响49-50
• 3.3.6 散热器内核的内壁面半径对系统性能的影响50-51
• 3.4 优化结果51-52
• 3.5 本章小结52-53
• 4 太阳能热光伏热电联产系统的数值模拟53-72
• 4.1 数学物理模型53-56
• 4.2 模型设置56-58
• 4.3 模型阐述与比较58-59
• 4.4 数值模拟结果与分析59-71
• 4.4.1 气候参数对系统性能的影响60-63
• 4.4.2 聚光器对系统性能的影响63-66
• 4.4.3 玻璃盖对系统性能的影响66-67
• 4.4.4 辐射器对系统性能的影响67-69
• 4.4.5 散热器对系统性能的影响69-71
• 4.5 本章小结71-72
• 5 太阳能热光伏热电联产系统的实验研究72-90
• 5.1 实验装置72-77
• 5.1.1 聚光器的加工74
• 5.1.2 玻璃盖的加工74-75
• 5.1.3 辐射器的加工75
• 5.1.4 高反射顶盖与底盖的加工75-76
• 5.1.5 滤光器的加工76
• 5.1.6 散热器的加工76-77
• 5.1.7 实验装置的主要改进77
• 5.2 实验结果与分析77-89
• 5.2.1 气候参数的测量78-79
• 5.2.2 运行工况对系统性能的影响79-84
• 5.2.3 系统白天的运行性能分析84-89
• 5.3 本章小结89-90
• 6 结论与展望90-92
• 6.1 全文总结90-91
• 6.2 研究展望91-92
• 致谢92-93
• 参考文献93-97

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