太阳能光伏发电-辐射制冷建筑一体化复合装置的性能分析

一种光谱选择性复合板芯同时具有太阳能光伏发电和辐射制冷2种功能,在光电转换波段(0.2～1.1μm)和辐射制冷波段(8～13μm)具有高发射比,而在其余辐射波段具有低发射比。基于该复合板芯设计一种太阳能光伏发电-辐射制冷建筑一体化复合装置,该装置具有白天光伏发电和夜间辐射制冷2种功能。建立复合装置的数学模型,对该复合装置在夏季炎热潮湿地区(中国合肥)和炎热干燥地区(埃及Kharga)的光电性能和辐射制冷性能进行数值模拟。计算结果表明:在中国合肥和埃及Kharga,晴天条件下复合装置夏季白天平均光电功率可达74.60和91.00 W/m~2,夜间平均制冷功率分别为42.46和57.24 W/m~2,全天能量收益达3.37和4.27 MJ/m~2,分别比传统光伏装置的全天能量收益高53.78%和56.70%。     

太阳光谱

太阳辐射是由不同波长的电磁波组成的,太阳辐射能量随波长分布称太阳光谱。太阳辐射的波长范围,包括从10~(-3)cm以下的宇宙射线直至10~6—10~(10)μm的无线电波谱的绝大部分。当太阳辐射尚未进入地球大气时,能量集中在0.15—4μm波段,它占太阳辐射总能量的90％;在可见光波长(0.38—0.70μm)范围内,其能量占太阳辐射总能量的46.43％。当太阳辐射进入大气层后,太阳光谱中的X射线及其它波长更短的辐射,因在电离层被氮、氧及其它大气分子强烈地吸收而不能到达地表;大部分紫外线     

光谱选择性吸收涂层

要了解光谱选择性吸收涂层在太阳能利用中的作用，首先要从太阳辐射谈起。众所周知，太阳是离我们最近的一颗恒星，它是一个炙热的气态球体。太阳内部不断地进行热核反应，中心温度高达４０００万度，并以辐射的形式向宇宙空间发射巨大的能量，每秒钟向外发射的能量，相当...     

基于微通道热管和天空辐射制冷技术新型散热方式的试验研究

为防止电子元件因发热造成的异常运行,设计一套集微槽道热管、天空辐射制冷技术为一体新型的散热系统。为测试该系统的散热效果,制作3种不同类型的辐射板,分别为铝板表面涂覆丙烯酸树脂的辐射板(A)、铝板表面贴有聚四氟乙烯薄膜的辐射板(B)和裸铝板的辐射板(C)。经过2 d的试验测试,结果表明:1)辐射板A和B的全波长半球向发射比分别在0.9和0.7以上,其中在大气窗口波段内的发射比分别为0.916和0.842;2)采用辐射板A散热的电子元件平均温度比采用辐射板B和C散热分别低0.9和5.1℃;3)辐射板A和B的等效辐射散热系数分别为4～8、4.0～8.0 W/(m~2·K)和3.5～6.5 W/(m~2·K)。因此,所设计的散热系统可较好地提高电子元件的散热能力,减少一定的散热能耗。     

Cr-N-O型选择性吸收涂层制备及热稳定性研究

采用反应磁控溅射方法制备SiO_x/Cr-N-O/Al选择性吸收涂层,该涂层太阳吸收比为95.9%、发射比3.8%、吸收发射比25.2。结合光学显微镜微观形貌分析、X射线衍射结构分析(XRD)、X射线光电子能谱成分分析(XPS)探讨涂层在250和400℃大气环境下热稳定性机理:250℃大气热处理后,涂层保持较高光谱选择性,表面形貌与物相结构未出现明显变化,SiO_x层氧化程度增大导致太阳吸收比升高,金属Cr和金属Al相互扩散导致发射比升高;400℃大气热处理后,涂层光谱选择性降低,表面出现微米级孔洞,XRD及XPS结果表明Cr-N-O吸收层被氧化,导致太阳吸收比降低,金属Cr和金属Al相互扩散导致发射比明显升高。     

选择性太阳光隧道——概念及实验研究

基于建筑节能和太阳能与建筑一体化应用,开发并研究了一种新型太阳能元件——选择性太阳光隧道(SST)。该文运用光线跟踪法推导出了SST的内部光学通道的抛物柱面函数,确定了SST的主要设计几何参数,然后通过一小型模拟房间研究了SST的选择性集热性能和与建筑一体化等问题。实验表明SST对太阳辐射具有随季节选择性吸收的特点,即仅在冬季高效吸收太阳辐射,其余季节停止接收,SST技术在建筑节能和建筑一体化方面具有良好的应用前景。     

用于建筑节能的选择性太阳能隧道

介绍了一种新型的建筑节能元件——选择性太阳能隧道(SST)。该元件只在冬季吸收太阳辐射,夏季能将阳光反射出隧道之外,具有冬季供暖和夏季防止建筑升温的功能;可直接嵌入建筑外墙构件,实现与建筑一体化。通过试验验证了其良好的集热性能、选择性吸收性能以及用于建筑节能的可行性。     

大面积真空镀PbS/Al/Al太阳能选择性吸收涂层的研制

一、引言 硫化铅是一种黑色半导体,禁带宽度等于0.4电子伏特,对应的截止波长为3.1微米。由硫化铅的红外光谱吸收曲线(如图1所示)知,波长小于3微米的太阳辐射,几乎全部被吸收,而大于3微米的辐射,随波长的增加,透射率越来越大。因此,硫化铅是一种比较理想的太阳能选择性吸收材料。     

基于钼二维表面光栅的高温太阳能选择性吸收表面设计

采用严格耦合波分析方法设计了基于二维表面光栅的高温太阳能选择性吸收表面.首先根据高温太阳能选择性表面的要求,选择金属钼(Mo)作为二维表面光栅的基底材料.通过优化钼二维表面光栅的几何结构,实现对太阳能的选择性吸收.结果表明:采用等效复折射率渐变的金字塔形光栅,适当减少光栅周期,提高深宽比,可有效提高Mo二维表面光栅的太阳吸收比,同时保持较低的高温热发射比.经过结构优化的Mo表面光栅,法向吸收比αn=0.936,法向发射比εn=0.0692 (500℃),0.1765(l000℃),有望用于高温太阳能选择性吸收表面.     

基于太阳能炕的主被动复合采暖建筑的实验研究

研究一种新型的太阳能主被动复合采暖民居设计,对该系统的运行情况进行系统的实验研究。该系统结合太阳能被动式空气集热器及太阳能炕系统:太阳能炕将太阳能的应用与炕床高效的能量利用相结合,替代火炕提供舒适的睡眠环境;太阳能空气集热系统对日间的室内环境进行加热。实验工作在青海省实地展开,对系统的3种不同工作模式(太阳能炕子系统单独运行、太阳空气集热系统单独运行、太阳能炕系统与太阳能空气集热系统同时运行)进行测试。结果表明,太阳能炕夜间表面温度可保持在27~38℃之间。空气集热系统可提高室内温度4℃。     

新型吸附发生器设计及性能模拟

从提高吸附剂的太阳能吸收率及强化吸附发生器内传热的角度出发,设计了一种新型吸附发生器。该吸附发生器通过热管和平板集热元件可同时从内外表面加热或冷却吸附工质对。对该吸附发生器进行了热力分析和数值模拟。计算结果表明,在太阳辐射大于16M J/(m 2.d)的条件下,采用该吸附发生器的太阳能吸附式制冷系统即可有效地运行,系统制冷系数CO P可高于0.18。     

基于Macleod软件的辐射制冷薄膜系优化分析

从基尔霍夫定律和光学薄膜理论出发,利用光学设计软件Macleod,尝试了在铝基上镀单层和多层光学膜系,以满足辐射制冷的要求。选择了合适的膜层材料,在全波段高反射铝基底上设计了单层和多层膜系,运用单纯形法(Simplex)优化了膜层,得到了最优的多层膜结构。膜系的光谱曲线显示,在8～13μm波段具有高的发射率,其余波段具有高的反射率,并且在大的辐射方向角范围(0°～60°)具有稳定的光学性能。最后选取法线方向进行数值积分,取辐射体温度为300K时,最优膜系在8～13μm波段的辐射功率为123.7W/m~2,平均发射率为0.836。光学薄膜方法为选择性辐射体的设计提供了理论指导。     

影响地面太阳辐射及其谱分布的因子分析

针对目前全球变暗(明)的热点问题,利用一个高光谱分辨率的辐射传输模式,计算了全球42种大气下到达地面的太阳辐射通量及其在近红外、可见和紫外各光谱区间的比例,详细分析了大气内部因子(水汽和臭氧、云和气溶胶等)以及外部因子(太阳天顶角和地表反照率)对它们的影响.结果表明:中低云对地面太阳辐射通量及其谱分布有很大影响,高云的影响很小.水汽和臭氧的敏感性试验表明,水汽对地面近红外辐射的影响较大,而臭氧对可见和紫外辐射的影响较大.气溶胶对地面太阳辐射的影响仅次于大气的吸收作用,是不容忽视的.此外,太阳天顶角和地表反照率都会对地面太阳辐射通量及其谱分布产生重要影响.     

非跟踪聚焦型太阳能冷管及其性能研究

该文在提出了真空集热的太阳能冷管的基础上，引入非跟踪聚焦的复合抛物面聚光器(CPC)，以增强冷管吸附床对太阳辐射的吸收，提高单管制冷量与制冷系数。从理论上分析并设计了与太阳能冷管相配的CPC反光板，并对其半接受角、平均反射因子、光学效率和聚焦比等参数之间的关系进行了分析。理论与实验结果表明，CPC反光板与该太阳能冷管结合，可以提高吸附床温度，增加脱附量。与轧花铝的平板型相比，非跟踪聚焦型太阳能冷管的制冷量提高了60～67％，COP提高了16～21％。     

基于AuMgO@TiO2球壳的光热协同反应耦合集热研究

实验室前期搭建太阳能有序转化系统，利用太阳辐射高频波段合成碳氢燃料，低频波段转化为高品质热能。基于该系统，制备Au和MgO负载的TiO₂球壳材料，进行光热协同反应转化CO₂和H₂O，同时结合集热层利用导热油集热，结果表明，H₂、CH₄、CO产量分别为30.1、3.2、30.9μmol/g，系统集热效率可达39.85%。实验结合表征显示，球壳结构、Au和MgO共负载可提高材料光吸收，增强光热性能，降低电子空穴对复合率，产生氧空位，促进光热协同反应还原CO₂。     

Mo-SiO2太阳选择性吸收涂层的空气高温热稳定性

采用磁控溅射的方法制作Mo-SiO2太阳能选择性吸收涂层,测量了涂层经过空气高温退火前后在0.34～25μm波长范围内反射曲线的变化情况.刚沉积完的涂层,太阳吸收比达到0.95,发射比为0.093.在空气中500、600℃退火1h后,涂层反射曲线基本不变.在空气中700℃退火1h后,涂层光谱选择性恶化,太阳吸收比下降到0.91,发射比上升到0.6.通过扫描电子显微镜观察了单层Mo、单层SiO2以及SiO2覆盖Mo的样片薄膜在空气中不同温度退火前后的形貌变化,发现以上薄膜表面不再平整,甚至出现裂纹和薄膜脱落,成为Mo-SiO2选择性吸收特性恶化的主要原因.     

不锈钢衬底表面形貌对AlN/AlN-Cr/Cu太阳能选择性吸收涂层光热性能的影响

在数值仿真计算和实验两方面研究不锈钢衬底表面形貌对AlN/AlN-Cr/Cu太阳能选择性吸收涂层光热性能的影响。在数值仿真计算中,建立一维三角形光栅结构模型对衬底表面形貌进行简化,采用严格耦合波分析(RCWA)的方法,仿真计算并分析光栅深度T_z和周期T_x对涂层的太阳吸收比α和400℃热发射比ε的影响。实验上,制备具有不同深度和间隔起伏表面的不锈钢衬底,采用磁控溅射的方法在其上沉积相同结构参数的AlN/AlN-Cr/Cu太阳能选择性吸收涂层,测定涂层性能参数,并分析不锈钢衬底形貌对其的影响。数值计算和实验结果表明:对于一个在已优化涂层组分和厚度的AlN/AlN-CdCu太阳能选择性吸收涂层,不锈钢衬底表面起伏对涂层高温光热转换将产生不利的影响。随着不锈钢衬底表面平均起伏深度的增加,涂层的太阳吸收比α基本保持不变,而400℃时的热发射比ε则明显逐渐增大。为保证涂层有效的光热转化效率,建议不锈钢衬底表面起伏的深宽比T_z/T_x≤1/20,深度T_z≤0.2μm。     

红外加热技术在中温箱式电阻炉上的应用

在辐射加热技术中,起主要作用的是波长在2～15μm区间的红外线.根据基尔霍夫定律,物体的热发射能力越高,则其热吸收能力也越高.不同物体在不同状态下对不同波长电磁波的吸收和发射的能力是不一样的.对于中温热处理加热炉来说,主要是加热钢铁,而钢铁及其表面的铁锈,在2～15μm波长范围内的发射率变化不大(约在0.8上下),没有选择性峰.能谱分布则主要取决于温度,例如铁在820℃的发射能谱波峰在3μm左右,这就要求加热器在3μm左     

TiAlON太阳能吸收膜的制备及高温性能衰减分析

采用直流磁控溅射制备AlON/TiAlON(LMVF)/TiAlON(HMVF)/Cu型太阳能光谱选择性吸收薄膜,并对其光学性能及高温下的衰减机理进行研究。吸收膜沉积态的吸收比和发射比分别为0.951和0.045(100℃)。在500℃的大气气氛中热处理200 h后涂层的光学性能出现小幅衰减。主要的衰减机制为薄膜在高温下O、N和Cu发生轻微扩散及氧化。结果表明AlON/TiAlON(LMVF)/TiAlON(HMVF)/Cu型太阳能吸收膜具有良好的光学性能,可适用于CSP中高温发电及民用生活等方面。     

新型太阳能连续型固体吸附制冷及供热复合机设计及性能模拟

该文提出了一种新型的太阳能连续型固体吸附制冷及供热复合机的设计方案 ,从理论上描述了该复合机的热力循环过程 ,并在正常工况下对该复合机进行了性能模拟分析。研究表明 :采用该种设计方案 ,复合系统能连续制冷 ,对于单一复合吸附床系统 ,在日辐射量为 2 1 6MJ,平均环境温度为 2 9 9℃ ,蒸发温度为 5℃ ,上床集热效率 η为 6 0 % ,下床与环境的换热系数α为 2W / (m2 ·K)的工况下 ,白天中能提供 4 7 8℃的热水 30kg ,系统平均制冷COPcooling为 0 18,平均供热COPheating为 0 34,吸附剂持续平均制冷功率SCPa 为 17 6W /kg ,集热面积持续平均制冷功率SCPc 为 87 8W /m2 ,集热面积持续平均供热功率SHPc 为 16 5 9W /m2 ;晚上每千克吸附剂制冷量为 0 2 6MJ ,每平方米集热面积制冷量为 1 3MJ