毕业论文（设计）光伏—热电耦合系统㶲分析.docVIP

光伏—热电耦合系统?分析 摘要 光伏电池将太阳能转换为电能，热电模块将热能转化为电能，光伏-热电耦合系统有望提高太阳能的利用效率。在环境条件下，太阳能中能够转化为有用功的最大值称为太阳能的?。利用热力学第二定律，对四种光伏电池与热电耦合系统进行?分析。四种太阳能电池分别为单晶硅电池、多晶硅电池、有机聚合物电池和铜铟嫁硒电池，热电模块为碲化铋材料的温差发电片。在太阳辐射辐照度为1000W/m2条件下对四种电池与热电耦合系统进行模拟。对整个系统的?流动情况以及?损失的情况进行分析。 关键词 光伏;热电;耦合系统;?分析 0 前言 人类对传统化石能源的利用由来已久，然而化石能源不仅储量有限，而且在使用化石能源的过程对环境造成诸多不良影响。太阳能作为可再生的清洁能源，同时具备分布广泛的特点而备受关注。目前，太阳能利用较为普遍的方式之一为太阳能电池发电。太阳能电池将太阳辐射能直接转换为电能，但是，大部分的太阳辐射以热能的形式耗散。如果将这部分耗散的热能加以利用，无疑将提高太阳能的利用效率。将热能转化为电能的热电材料的出现，为利用太阳电池发电后产生的余热，提高太阳能转化为电能的利用效率提供了可能。因此，许多学者对光伏电池与热电模块组成的耦合系统进行研究[1-4]。 利用热力学第二定律，对光伏-热电耦合系统的不可逆损失进行分析，有利于加深对系统的认识，同时有利于系统的优化，提高系统将太阳能转化为电能的效率。?分析是分析系统不可逆损失的一个非常有效的方法。在环境条件下，能量中可转化为有用功的最高份额称为该能量的?[5]。对光伏-热电耦合系统的?分析过程中，太阳辐射能量中包含的?值是一个重要参数。文献[6]对常用于计算太阳辐射中包含的?值的计算公式进行了精度分析。 本文对四种光伏电池与热电耦合系统进行?分析。四种太阳能电池分别为单晶硅电池、多晶硅电池、有机聚合物电池和铜铟嫁硒电池，热电模块为碲化铋材料的温差发电片。在太阳辐射辐照度为1000W/m2条件下对四种电池与热电耦合系统进行模拟。对整个系统的?流动情况以及?损失的情况进行分析。 基金项目：（国家自然科学基金重大项目NoNo 1 能量分析 1.1 光伏-热电耦合系统模型 光伏-热电耦合系统模型简图如图1所示。太阳能电池表面盖有保护电池的玻璃盖板，太阳能电池通过导热胶与热电模块热端绝缘陶瓷相连。热电模块冷端绝缘陶瓷与冷却系统相连。 1.2 光伏-热电耦合系统能量平衡方程 对于光伏-热电耦合系统有如下能量平衡方程： （1） （2） 其中，G表示太阳辐照强度，Acell表示太阳能电池面积，PPV和PTE分别表示太阳能电池和热电模块发电功率，Qloss表示电池表面与环境直接换热损失，Qc表示热电模块低温端向冷却系统散热量，Acs表示热电模块低温端与冷却系统接触面积。 整个系统输出能量效率为： （3） 2 ?分析 2.1 太阳辐射? 对于太阳辐射能中包含的?值，不同学者提出了不同的计算公式，最常用于计算太阳辐射?效率的公式有以下三种，Petela[7,8]认为太阳辐射能中的最大有用功是?,提出的公式为： （4） 式中T0和TS分别表示环境温度和太阳辐射温度。 Spanner[9]将太阳辐射能中的绝对功定义为?,从而提出公式为： （5） Jeter[10]提出在太阳与地球之间存在一个理想的热机，认为卡诺效率为太阳辐射的?效率： （6） 考虑如下情况，环境温度T0=300K，太阳辐射温度为TS=6000K，Petela与Spanner计算太阳辐射?效率的结果十分接近，且小于Jeter提出的卡诺循环效率。本文采用Petela提出的太阳辐射?效率的计算公式。由光伏电池与热电模块产生的电能均可完全转化为可用功，因此根据热力学第二定律对?的定义，光伏—热电耦合系统的?效率为： （7） 2.2 光伏—热电耦合系统?平衡方程 对于光伏—热电耦合系统，系统输入的总?来源于太阳辐射： （8） 系统输出的?包括光伏电池和热电模块发电功率： （9） 系统?损失为： （10） 式中右边各项分别表示光伏电池表面与环境换热产生的?损失，太阳辐射能经过电池转