光伏-热电耦合系统器件选择原理

耦合器件的性能决定了光伏-热电耦合系统的可行性与优越性,但耦合系统器件的选择原理尚未被研究。本文建立了光伏热电耦合系统的理论模型,提出了使得光伏-热电耦合系统效率优于纯光伏系统的最小热电优值作为耦合系统器件选择与可行性评估的标准。提供了一套计算最小热电优值的方法,给出了采用具有不同效率及温度特性的光伏电池的耦合系统的最小热电优值,并讨论了热电器件结构和冷却系统对最小热电优值的影响。     

新型热电热泵冷风机的性能研究

设计了一种新型热电热泵冷风机,建立了基于热阻网络法和换热器理论的热电热泵冷风机的数学模型,推导得出了能够有效表征该热电风机制冷性能的多参数耦合方程,并利用该模型分析了制冷片工作电流、散热热阻和新风流量的影响。然后以最大效率和最大制冷量、最小制冷片冷热端温差为综合最优为目标,对以上影响因素提出了最优控制方案,并进一步讨论了热电热泵风机的性能优化方法。该多参数耦合分析方法,对于热电冷风机的研究具有很好的参考价值。     

环境风下光伏-温差发电系统耦合特性分析

综合考虑环境风和冷却流体的耦合作用,建立了采用纳米流体冷却的光伏(PV)-温差发电(TE)系统的性能分析数学模型,探讨了聚光比、风速、冷却流体流速、负载和热电材料品质因数等对其性能的影响。结果表明:采用纳米流体为冷却介质提高了系统的总效率;系统最佳负载值不同于温差发电模块效率最大时的负载;风速对系统最大效率的影响随着热电材料品质因数的变化而变化。     

基于遗传算法的光伏–热电耦合系统多目标优化研究

多因素共同作用下的系统优化设计是光伏–热电耦合系统研究的难点之一。本文建立了光伏–热电耦合系统与单一光伏系统的理论模型,以最高耦合效率与相对于单一光伏系统的最大效率差值为优化目标,采用多目标遗传算法,开展了耦合系统优化设计研究。结果表明,最高耦合效率与最大效率差值两个优化目标是负相关的,且其负相关性是由光伏参考效率所导致,需综合考虑系统经济性,确定最高耦合效率和最大效率差值的折中方案,从而获得耦合系统最佳设计。     

错位双层膜结构全光谱减反射特性研究

随着光伏-热电耦合系统的提出,具有宽光谱减反射特性的表面微结构成为太阳能高效利用的关键。本文基于传统TiO_2/SiO_2减反射膜,结合硅纳米柱,提出一种错位膜层复合结构,并从电磁场理论出发,运用时域有限差分方法研究其光谱反射特性,并分析了结构参数对光谱特性的影响。研究结果表明,通过调节复合结构特征参数,可以得到具有宽光谱特性减反射结构,结构平均反射率约为0.032。     

新型双级间接蒸发冷却系统性能理论研究

本文提出了一种新型双级间接蒸发冷却(IEC-TIEC)系统,其中普通叉流回热式间接蒸发冷却器(IEC)与热电辅助间接蒸发冷却器(TIEC)串联运行。建立了该系统的物理及数学模型,在不同热电制冷模块的运行参数(工作电流及模块数量)条件下,对比分析了新型双级间接蒸发冷却系统与单级热电辅助间接蒸发冷却(TIEC)系统的性能,结果表明IEC-TIEC系统的COP与露点效率均优于单级TIEC系统;研究了一次空气入口参数(温度、相对湿度、质量流量)对IEC-TIEC系统的COP与露点效率的影响规律。此外,对系统的四种不同质量流量分配比进行了优化分析,结果表明,存在最佳的质量流量分配比使得系统COP最大;在系统总换热面积一定的约束条件下,对系统中叉流回热式间接蒸发冷却器换热面积占系统总换热面积的比值进行了优化。     

新型双级间接蒸发冷却系统性能理论研究

本文提出了一种新型双级间接蒸发冷却(IEC-TIEC)系统,其中普通叉流回热式间接蒸发冷却器(IEC)与热电辅助间接蒸发冷却器(TIEC)串联运行。建立了该系统的物理及数学模型,在不同热电制冷模块的运行参数(工作电流及模块数量)条件下,对比分析了新型双级间接蒸发冷却系统与单级热电辅助间接蒸发冷却(TIEC)系统的性能,结果表明IEC-TIEC系统的COP与露点效率均优于单级TIEC系统;研究了一次空气入口参数(温度、相对湿度、质量流量)对IEC-TIEC系统的COP与露点效率的影响规律。此外,对系统的四种不同质量流量分配比进行了优化分析,结果表明,存在最佳的质量流量分配比使得系统COP最大;在系统总换热面积一定的约束条件下,对系统中叉流回热式间接蒸发冷却器换热面积占系统总换热面积的比值进行了优化。     

采用发射极非均匀指间距技术改善功率异质结双极晶体管热稳定性的研究

为了提高多发射极功率异质结双极晶体管的热稳定性,本文利用耦合热阻表征发射极指间距变化对发射极指间热耦合作用的影响,得到了耦合热阻与发射极指间距之间的变化关系,提出了发射极非均匀指间距技术.通过热电反馈模型对采用发射极非均匀指间距技术的功率HBT进行热稳定性分析,得到了多发射极指上的温度分布.结果表明,多发射极HBT在采用非均匀发射极指间距技术后,峰值温度明显下降,温度变化幅度更加平缓,有效地提高了器件的热稳定性. 关键词： 异质结双极晶体管 耦合热阻 指间距     

利用相变储热提升电力系统可再生能源消纳

由于波动性和间歇性,可再生能源的大规模引入对电力系统灵活性提出了更高要求。然而目前以"以热定电"模式运行的热电联产厂在供热期的调节能力低,限制了电力系统灵活性,导致可再生能源消纳困难。本文针对一个含有风电厂的电-热综合能源系统,研究了一种应用相变储热装置提升热电联产系统灵活性的方法。基于(?)耗散热阻理论,将其热力子系统构建为热阻网络模型,进而将电-热综合能源系统构建为整体能量流模型,并依此对系统的调度策略进行了优化。结果显示:引入储热装置实现了用户热负荷与热电厂热出力的解耦,提高了系统灵活性;当热电联产机组的热电比保持恒定时,储热装置在日间(风电资源缺乏)时储热、在夜间(风电资源丰富)时放热,可使系统风电消纳达到最大。     

风力发电机热电耦合控制问题研究

制约高风速段风能利用效率的主要因素之一是发电机的功率容量。本文首次提出从热电耦合控制角度提高电机的单机功率容量,分析了电机控制方法对传热过程的影响,建立了热电耦合控制模型并进行了相关数值计算。提出将(火积)耗散极值原理和对流传热优化的场协同理论用于电机的传热优化,并探讨该方法对最高温度点的影响。     

天基望远镜探测器组件热电制冷系统设计与试验

天基空间望远镜探测器必须采用主动制冷方式以满足其噪声抑制需求.为此,采用热电制冷为核心技术,开展了探测器热电制冷器封装设计、热电制冷器热排散系统设计、热电制冷控制系统设计,并从抑制寄生漏热、降低热电制冷器热排散路径热阻两方面进行了优化,以减小热电制冷器输入功率及辐射散热面积.根据帕尔帖效应、焦耳效应、傅里叶效应,获得了净制冷量、热端散热热阻、热端边界温度等环境特性参数与热电制冷器输入电流、电压、功率等工作特性参数间的关系,并分析了制冷热负荷、热端散热热阻与热电制冷器输入功率间的敏感度.研制了望远镜鉴定产品,并开展了真空热平衡试验.试验结果表明系统设计合理有效,能够将探测器制冷至-75℃温度水平,稳定度可达到±0.2℃.基于环境条件及热电制冷器工作参数等试验数据,对比并修正了热分析模型.研究结果可为类似空间望远镜热电制冷系统的研制提供参考和借鉴.     

聚光光伏-热化学耦合利用系统热力学分析

本文建立了一种聚光光伏-热化学耦合利用系统的模型。系统利用抛物槽式聚光分频装置将光谱分成不同的两部分分别进行光伏和热化学转换,其中热化学模块以太阳能作为反应热驱动甲醇重整反应产生氢气进入燃气轮机发电。对系统进行了能量分析和拥分析,得出系统拥损失主要集中在光学拥损失,光伏模块能量转换过程的拥损失和热化学模块能量转换过程的拥损失这三项,分别占总损失的32.7%,32.2%和27.0%。研究了不同分频波段下的光伏模块输出功率、集热器甲醇转化率和系统发电效率,同时将该系统与相同条件下的纯光伏系统和纯热化学系统进行了性能比较。结果表明,系统发电效率最高可达26.0%,相应的最佳光伏匹配波段为450～870 nm,相比于同等条件下的纯光伏系统和纯热化学系统,系统发电效率分别提高了11.1和6.1个百分点。     

非相干耦合热电光伏光折变空间孤子对(英文)

基于无偏压光伏光折变晶体,理论研究了热电效应和光伏效应共同作用下的稳态空间孤子对.从非相干耦合波方程出发,推导了热电光伏孤子对的数值解;采用有限差分方法,数值模拟了各类孤子对的强度包络.结果表明:在自散焦光伏光折变晶体中,当正的热电场远大于光伏场时,亮-亮孤子对可以存在;当暗-暗或者灰-灰孤子对存在时,负的热电场可以增强自散焦效应,进而减小孤子的半峰全宽.各类孤子对的半峰全宽可以通过改变热电场的大小而加以操控.此外,非相干耦合热电光伏孤子对可以在一定条件下分别退化成热电孤子对或者光伏孤子对.借助晶体的热电效应,可以使光折变晶体LiNbO3从自散焦转变成自聚焦,从而灵活控制晶体中孤子对的特性.     

耦合能量和熵产分析的热电制冷器多目标优化

能量和熵产最小化理论已广泛应用于热电系统优化,然而平衡制冷量最大化和熵产最小化的热电系统参数优化研究较少。本文基于能量平衡和熵产最小化理论,通过效率单元法和稳态热传递,建立了热电制冷器(TEC)的热力学数学模型,并评价系统的热力学性能。在固定冷端温度条件下,考虑热物性参数的温度依赖特性,研究了包括热电臂臂长L、半导体对数N及面积比率F等几何参数对制冷器制冷量和熵产的影响。同时,构建了多目标函数J以实现制冷量和熵产的耦合,并利用简化共轭梯度法(SCGM)对系统参数进行多参数多目标的优化。结果表明,多参数多目标能有效优化热电制冷器的性能,相比于初始几何结构,耦合评价指标J下降约为初始值的30%。     

被动式冷却系统热阻及响应时间的研究

本文对取热器与冷凝器分离的被动式相变冷却系统的热阻及响应时间进行了研究.热阻与响应时间分别是冷却系统在稳态及非稳态条件下的表征参数.通过建立热输运管路内的换热模型,着重分析了管径、管长、倾斜角度对这两个参数的影响.实验研究表明:整个冷却系统在负荷突然增加时,响应特性良好;管径与管长的减小、倾斜角的降低均有利于热阻的减小,而且热阻随着负荷的增加而减小;热阻较小时,热输运管内冷凝换热较弱,管路沿程温度场的均匀性较好,相应的响应时间较短.     

考虑通孔和边缘效应的互连网络热电分析

考虑互连通孔和边缘效应,建立互连层间、层内、通孔热阻模型,利用热电二元性,提出一种考虑温度效应对热流影响的热电耦合仿真方法,利用热电之间的反馈关系,修正建模后的温度分布对节点网络热流的影响.并对以聚合物和硅氧化物为介质的多层互连进行分析,以有限元建模结果为参照,与已有模型相比,互连热分布结果的相对标准差分别降低了71.2%、12.9%.考虑通孔效应和边缘效应后,该方法在不同纳米级工艺中所得峰值温升,较已有模型均有一定程度的降低.     

基于小世界网络模型的光伏微网系统同步方法研究

建立了光伏微网逆变器严格的分段线性状态方程,分析其非线性动力学行为,然后以光伏微网逆变器为网络节点,研究基于小世界网络模型的光伏微网系统同步方法,并与基于邻近耦合规则的光伏微网同步进行比较.研究发现,基于小世界网络模型的光伏微网系统比传统的基于邻近耦合规则的光伏微网系统具有更短的同步时间,在外加扰动的情况下也具有更快的恢复时间.     

太阳能聚光分频PV/T综合利用系统的光学分析

本文提出了一种改进的太阳能聚光分频光伏光热综合利用系统。聚光系统为倾斜平板菲涅尔反射型聚光器并对太阳双轴跟踪。分频器可将太阳光谱分成两部分同时实现光伏和光热高效利用。通过光线追踪法对该系统进行了光学性能分析,并对系统的结构参数进行优化。结果表明聚光系统具有较高的面积利用率,聚光焦斑均匀性高有利于光伏发电;集热器对分频器反射能流的直接拦截率可达到86%。光热利用温度不受光伏电池工作温度的限制,因此有望获得更高的太阳能综合利用率。     

超临界CO2布雷登循环热电联供系统多目标优化

本文研究了以超临界CO₂布雷登循环为原动机的热电联供系统,对系统主要运行参数进行了分析,得到运行参数对于系统热力学性能和经济性能的影响规律。同时,以一次能源利用率和单位输出成本作为目标函数,采用多目标遗传算法对系统进行了优化;在优化结果的基础上,通过TOPSIS法决策出最优解,并与单目标最优解进行对比。结果表明,透平进口温度、透平进口压力和压缩机进口温度的增大有利于系统效率的提高;作为代价,成本也相应增加。在热电比0~4范围内,尽可能增大热电比能够最大程度上降低系统的单位输出成本,提高能源的利用率。     

基于特征值的电–热综合能源系统扰动分析

电–热综合能源系统中,热力、电力子系统间耦合日益紧密,单一系统扰动不仅在该子系统内传播,还会演化至其他子系统,使得系统整体稳定问题更加复杂。由于热力系统传输约束的复杂度且与电力系统分析方法的不兼容性,现有综合能源系统的稳定性分析难以准确考虑热量传输延迟特性及建筑围护储热特性对系统整体动态响应特性的影响。本文建立了包含热电联产装置和电热泵等电热耦合元件,考虑热量传输延迟与建筑围护结构储热特性的电–热综合能源系统整体动态模型,导出了系统状态微分方程。基于特征值分析方法,判断小扰动下系统的稳定性,并结合时域仿真进行了验证。同时,定量分析了系统结构参数及运行参数对电–热综合能源系统稳定性的影响规律。