聚光太阳能温差发电装置性能分析与试验

为提高太阳能温差发电装置的热电转换效率,该文设计聚光太阳能温差发电装置,利用槽式抛物面反射聚光镜进行聚光,经集热体转换为热能后提高温差发电器(thermoelectric generator,TEG)热端温度,冷端采用扁平热管作为传热元件,利用水冷散热,增大TEG冷热端温差,提高装置输出功率及热电转换效率。对装置建立能量转换平衡方程,通过数值计算分析不同太阳辐射强度对热损失、光热转换效率及热电转换效率的影响。为解决多个热电模块串联在一起,无法使每个模块都工作在最大功率输出状态,从而导致整体输出功率降低的问题,采用集中-分布混合式最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT),试验结果表明,经过MPPT后装置能很快达到最大功率输出点,且输出功率稳定,运行30 min输出功率增加3.2 W。搭建了装置的性能测试平台,对基于槽式抛物面反射聚光与扁平热管水冷散热的聚光太阳能温差发电装置进行试验研究,结果表明,随着冷却水流量的增加装置输出功率得到提高,当冷却水流量达到8 L/min后,输出功率趋于平缓;随着温差的增大装置的最佳匹配负载逐渐增加。装置的全天性能试验表明,试验期间装置最大输出功率为30.1 W,平均输出功率27.8 W,试验期间发出电量222.4 W·h,热电转换效率最大为5.4%,装置最大效率4.1%,该装置在远程传感器供电和微功耗供电等领域具有广阔的应用前景。

温室聚光光伏/温差联合发电系统的设计与性能试验

为解决温室常规能源供电能耗大及太阳能供电模式利用效率低的问题,该文根据温室特点设计了CPC(compound parabolic concentrator)型聚光光伏/温差联合发电系统,利用CPC型聚光器进行聚光,建立光伏、温差联合发电模式,采用扁平热管作为传热元件,利用水对流给系统冷却。为测试温室聚光光伏/温差联合发电系统性能,对系统的能量转换进行了分析,分析不同光辐射强度、冷却水流量对系统的影响。同时搭建了系统的试验平台,对水冷扁平热管型CPC-PV/TE联合发电系统(compound parabolic concentrator-photovoltaic/thermoelectric hybrid power generation system,CPC-PV/TE)进行试验研究,结果表明,系统联合发电效率大于单独一种发电方式的效率,实现能源的梯级利用。在CPC-PV/TE联合发电系统瞬时性能的试验期间联合效率最大可达到20.06%,发电功率最大值为125.98 W。在全天性能测试期间,CPC-PV/TE联合发电系统全天的发电效率在18.57%以上,CPC-PV/TE联合发电系统发电性能优于已有的联合发电系统,所获得的电能基本满足寒地温室内环境监控系统、照明系统的供电要求。

太阳能温差发电片底部阴影区的补偿设计与性能测试

在利用聚光器进行温差发电时,光线由于受发电部分遮挡,底部会产生一定的阴影区,阴影区域的存在使整体的输出功率不能达到最佳,因此,为进一步提高整体输出功率,该文以抛物式聚光板为例进行2种类型的补偿设计,即平面板式和抛物式。通过一定的数学模型,在获得阴影区域的相关参数基础上进行分析,得到2种补偿类型的最优补偿尺寸、放置位置及角度参数。并以平面板式补偿参数为例,采用Tracepro软件获取相关数据由MATLAB运行,分析了当补偿尺寸、放置角度等参数有偏差时对补偿效果的影响,验证了通过模型分析建立的最优补偿参数的正确性。在2种不同类型的补偿方式模拟中,抛物式补偿效果较优。最后,试验结果表明经过补偿后温差发电片热端温度有所提高,经抛物式补偿热端温度的变化范围为315.14～357.46 K,平面板式补偿后热端温度的变化范围为312.6～453.407 5 K,而无补偿时热端温度变化范围为309.78～448.89 K,而冷端温度在补偿前后三者基本保持不变,在285.12～290.47 K范围内变化。在09：00-14：00测试时间段内,没有补偿时系统输出的功率范围为20.05～28.94 W,经平面板式补偿后输出功率提高至20.36～29.78 W的范围,经抛物式补偿后输出功率提高至21.04～30.35 W的范围。试验结果表明相较于平面板式补偿抛物式补偿的效果较优,且对阴影区域补偿后可以进一步的提高整体输出功率。