集热器温度均匀性对太阳能热电发电系统性能的影响.doc

中国工程热物理学会学科类别(传热传质)
学术会议论文编号:123332
集热器温度均匀性对太阳能热电发电系统性能的影响*基金项目:国家自然科学基金资助项目(No. 51106060)和中国博士后特别基金资助项目(No. 201104460)
姚家伟,Bimrew Tamrat Admasu,明廷臻,罗小兵
(华中科技大学能源与动力工程学院,武汉 430074)
(Tel:027-87542618, Email:******@.)
摘要建立了热电发电模块性能测试台架,得出了单个模块和4模块阵列结构的输出功率随温差的变化曲线,指出多模块阵列结构不会使系效率恶化并可以显著提升热电发电系统的输出功率。同时,设计和建立了太阳能热电发电装置,并测试了其实际工作效果,在太阳辐照度在715W/m2、环境温度为10℃时,模块两端温差可达60℃。进行了聚光光斑均匀性对系统发电性能影响的相关实验,得出高均匀度的聚光光斑有利于提升系统效率的结论。
关键词太阳能;热电;均匀性。
0 前言
太阳能热电发电是通过热电器件基于温差发电的原理将太阳能传化为电能的重要方式之一,其具有无污染、无噪声、无运动部件、可靠性高和绿色环保等优点,前景广阔[1~2]。
关于太阳能热电发电系统的研究主要集中在如下三个方面[3~8]:一是寻找具有高热电优值的材料;二是如果提高热电器件冷热两端之间的传热效率;三是如何尽可能的减小材料内部或不同材料之间由于温差产生的热应力对热电器件的损害。
提高太阳能热电器件的热效率是一个值得关注的问题。一般来说,通过提高冷热两端的温差是人们常规的想法,当冷端温度难以再降低时,设法提高热端温度是一种有效的模式。对于一个热电系统而言,热端的集热器和热电臂基板之间的传热关系也值得关注,而热端的加热方式(集中加热、均匀加热)对系统性能的影响尚未有研究报道,本文着重从这一点入手,分析热端加热均匀性对系统性能的影响。
1 实验台架的建立
太阳能热电发电系统包括聚光器、集热器、热电模块和散热器四大部分。在对热电的性能测试中,已经构建了冷却系统和购买了热电模块。为测试整个发电系统,对聚光器和集热器进行
了设计。
聚光器
聚光器是整个发电系统的核心部件之一,控制着整个发电系统的能量输入,从而直接影响着系统的输出功率。目前广泛用于太阳能热电和光伏发电的聚光器主要为折射聚光器和反射聚光器。由于反射聚光器相对结构复杂、体积庞大不适合热电发电,故实验中采用了结构更加简单、体积更加小和薄、透过率更加高的菲涅尔聚光器。
菲涅尔聚光器为折射聚光器的一种,在太阳能热电和光伏发电中被广泛应用。为了匹配太阳能热电发电系统,实验中选取了由Φ400mm、焦距为630m、厚度为4mm 、材料为PMMA的菲涅尔聚光透镜构成的菲涅尔聚光器。

集热器的作用是吸收太阳能并将其转化为热能,在热电模块的一端形成高温端。一般在热电发电系统中要求其吸收效率高、体积小、导热性能好、热损失小。故实验中所加工的加热器材料全部采用了导热系数较高的黄铜。为了提高吸收率和降低集热器向环境中的散热损失,在集热器的表面加工了微结构和喷涂了选择性吸收涂层。表面微结构可以增加吸收太阳光的面积和降低向外的对流换热量,选择性吸收涂层可以提高光热转换的效率,更多的吸收太阳能同时