基于单层MNCl(M=Zr,Hf)的温差发电模型仿真分析

在研究单层ZrNCl和HfNCl材料热电性能的基础上,搭建温差发电模型,研究不同规格温差发电模块的输出性能,然后与其他学者研究的温差发电模型及热电材料的热电转换效率进行对比分析.结果表明:在低温区和中温区,单层ZrNCl的热电转换效率更高.温差发电模块的输出功率随温差发电模块横截面积和热电单元对数的增大而增大.单层Zr...     

太阳能光伏电池特性实验研究

针对太阳能光伏电池特性对最大输出功率80W的单晶硅电池进行实验研究,得到光伏电池的伏安特性曲线。研究结果表明,太阳能光伏电池短路电流随太阳辐射强度的增大线性增加,开路电压随太阳辐射强度的增大呈对数增加,且弱光时开路电压随光照强度增加很快,强光(>300W.m-2)时趋于饱和。     

计及电热耦合的多级温差发电建模和试验研究

为准确描述多级温差发电器实际工作时各级节点温度分布与通过热功率及其热电输出特性之间的关系,文章建立了计及电热耦合的多级温差发电数值分析模型。运用贪心算法(Greedy Algorithm)编程求解,以常见的Bi2Te3,PbTe和SiGe 3种半导体材料的发电片为例,通过试验验证了模型的正确性,并进一步研究了电热耦合效应对多级温差发电器的Seebeck电压、发电功率和热电转换效率的影响。模型的数值求解和实测结果对比表明:由于电热耦合效应的存在,多级温差发电器在实际工作时各级节点的温度上升,但冷、热端的温差值减小;电热耦合效应会使Seebeck电压、发电功率和热电转换效率明显降低,下降幅度随多级温差发电器热端温度的升高而增大,随发电器级数的增加而减小。     

微小型热电发电器建模及优化设计研究

微小型热电发电器由于尺寸较小,接触内阻以及结构的覆盖层、导流层等对输出功率和热电转换效率都有不可忽视的影响。结合上述因素,并考虑到汤姆孙效应,建立了微小型热电发电器输出功率和效率的数学计算模型。并以最大功率或者最大质量(体积)比功率为目标函数,对最大功率时的负载电阻、电偶臂对数和电偶臂长度等性能参数进行了优化分析,得到了相应的计算公式,为进一步的设计提出了理论指导,并通过实验进行了性能分析验证。最后分析了微小型热电发电器新的加工工艺和发展动向。     

多级热电发电机特性分析与性能优化

基于非平衡热力学理论,建立多级热电发电机的数值分析模型,以数值算例分析其各级热电单元数相同时的基本输出特性,并在热电单元总数一定的约束下,分别以功率和效率为优化目标,优化热电单元在各级间的配置和工作电流。各级热电单元数相同时,一定工作电流下,由高温侧至低温侧,各级温差呈等差递增分布,功率和效率依次增大,分别存在两个最优工作电流对应最大功率和最大效率。当工作温差和Seebeck系数较小时,各级单元数相同可获得最大功率;当温差或Seebeck系数较大时,热电单元数由高温侧至低温侧依次增大且呈等差分布可获得最大功率;对热电发电机各级配置相等数目的热电单元可获得最大效率。     

测量方式对太阳电池输出性能测试的影响

通过对二线与四线接法测试单晶硅太阳电池I-V曲线的实验结果对比,分析串联内阻对于太阳电池短路电流、开路电压、填充因子及最大输出功率测量结果的影响。结果发现串联内阻越大,太阳电池的短路电流、填充因子及最大输出功率测量结果越小,但对开路电压基本无影响。且太阳电池接收光强越大即输出电流越大时,串联内阻的影响也越大。二线法因串联内阻较大,相较四线测量方法,在光强分别为1160.69、734.61、470.15和232.14 W/m²时,最大功率降幅分别为64.73%、40.26%、22.98%、11.88%;填充因子降幅分别为64.10%、40.96%、22.22%、12.66%。表明内阻大小影响二线及四线测量结果,四线法测量方式能有效规避串联引线电阻和部分接触电阻,是较理想的测量方式。     

聚光太阳能光伏模组等效电路模型及参数提取

以单p-n结电池的双二极管模型为基础,借助11个未知参数,建立35片三结电池以电气连接串联而成的聚光光伏模组等效电路模型。以单片聚光三结电池开路电压和短路电流两者的温度系数为限制条件,采用数学迭代法拟合模组在576倍聚光下测量的I-V曲线。从逼近开路电压点、短路电流点、最大功率点等方面讨论模组参数对拟合结果的影响,最终提取出11个参数的最优组合。决定系数R2=0.95,表明拟合结果与实验数据符合度高。研究结果为提取聚光三结太阳电池的性能参数提供了有效方法,也为聚光太阳能光伏模组的相关特性分析奠定了理论基础。     

南极中山站30 kW光伏发电系统工作特性研究

研究南极中山站地区太阳辐照度和环境温度的联合分布情况,确定极端环境条件;建立不同辐照度和温度条件下光伏电池I-V特性分析模型,分析极端条件对电池发电特性的影响;研究确定2种30 kW光伏发电阵列方案,并对光伏阵列的发电性能进行仿真分析。研究结果:极区环境对光伏组件的发电特性有较大影响,在倾角、辐照度和环境温度等因素影响下,光伏组件的开路电压、最大功率电压能够增大16.9%,短路电流、最大功率电流增大31%,瞬间最大功率可能增大50.2%。     

多功能太阳电池电性能测试系统

多功能太阳电池电性能测试系统,采用大功率冷光灯做模拟太阳光源,对主机及样品架采取了有效的温控措施,并使用单板微处理机对测试结果进行联机实时处理,测试准确、快速、方便。 该系统主要由主机、I—V曲线显示和记录仪器、数据处理设备组成(图1),可综合测定(?)60以内各种规格太阳电池的电特性参数:开路电压V_(oc),短路电流I_(sc),最大功率输出P_m,最佳工作点电压V_(mp)和电流I_(mp),光电转换效率η,填充因子FF,最佳负载电阻R_L,串联电阻r,以及开路电压、短路电流、最大功率输出的温度系数等。系统方框图见图2。     

三结砷化镓聚光太阳电池电学特性的研究与仿真

聚光太阳系统将多结太阳电池与聚光器组合在一起,具有较高转换效率。本文基于单二极管模型等效电路,建立三结聚光Ga In P/Galn As/Ge叠层太阳电池的数学模型,研究不同聚光倍数下(200~1000X)电池的电学特性,并与实测值进行对比。结果表明:其开路电压、短路电流和电池功率随聚光比的逐步增大而增加,而电池效率随聚光比的升高呈先增后减趋势。实测值均小于理论值,计算误差随聚光比的增加而变大,最大计算误差不超过7.5%。     

外接负载对ORC余热回收系统中自由活塞膨胀机-直线发电机的性能影响研究

以压缩空气为工质,搭建ORC余热回收系统的自由活塞膨胀机-直线发电机(FPE-LG)试验台架,并基于FPE-LG试验台架,研究外接负载电阻对FPE-LG的运动特性、输出性能和能量转换效率的影响。研究结果表明:自由活塞组件的位移和速度随着外接负载电阻的增加而增加;FPE-LG的峰值输出电压随着外接负载电阻和进气压力的增加而增加,最大峰值输出电压可达44.4 V;随着外接负载电阻的增大,FPE-LG的峰值输出功率先增加最终趋于稳定,最大峰值输出功率可以达到110 W;随着进气压力和外接负载电阻的增大,FPE-LG的能量转换效率均出现先增大后减小的趋势,最大能量转换效率可高达73.33%。     

基于CCM交错并联Boost温差发电技术的研究

温差发电是利用温差半导体材料的赛贝克效应产生电能的一种新型发电方式,Boost变换电路是其工作的核心部分。文章分析了在电感电流连续模式(CCM)下两相交错并联Boost电路的拓扑结构及其各工作状态模型,得出了交错并联Boost电路抑制纹波的理论依据。在理论分析的基础上,进一步提出了将其应用于温差发电过程中电压的控制和最大功率跟踪,并进行了相关实验分析。理论和实验证明,该电路具有电压控制精度高、纹波系数小等优点,并最终通过最大功率跟踪技术大幅提升了温差发电的效率。     

非线性太阳电池的负载电阻输出功率的研究

针对非线性的太阳电池等效电路,给出最大输出功率时最佳负载的迭代式;研究串并联内阻对最佳负载和最大输出功率的影响。指出随并联内阻的增大,最佳负载先增大后减小,随串联内阻的增大,最佳负载的变化趋势或单调增大或先减小后增大;串联内阻越小、并联内阻越大,最大输出功率越大。还给出太阳电池的最大功率跟踪方程及其曲线,当串联内阻较小和并联内阻较大时,为非单调性曲线,当串联内阻较大和并联内阻较小时,为单调性曲线;最大输出功率恒压跟踪(CVT)时,建议选用不同的恒定跟踪电压替代只采用一个恒定跟踪电压。数值模拟指出,串联内阻越小或并联内阻越大,CVT的区间越宽。     

一维热电模块的瞬态传热过程研究

建立一维热电模块的瞬态传热模型,考虑赛贝克效应、帕尔贴效应、焦耳热效应和汤姆孙效应,分析其瞬态传热和发电过程特性。模拟热电模块的瞬态传热过程,得到一维热电模块随时间变化的温度分布,获得起始与稳定下的温度分布曲线形状。在冷热端条件不同情况下,分析热电模块瞬态传热过程的温度分布,并对热电模块的电动势、闭合回路电流和最大输出功率在瞬态传热情况下进行研究。     

相变传热在半导体热电转换中的应用

为了解决温差发电技术中发电片热端与尾气间热损失大造成输出功率和热电转化效率不高的问题,提出在尾气与温差发电片热端加装相变传热结构,并计算了加装相变结构后发电器的输出功率和效率,同时与相同传热面积时无相变传热情况进行了对比,并模拟了蒸发段管数和冷凝段高度对发电器输出功率及效率的影响。结果表明,相变结构可提高发电器的输出功率及转化效率,且输出功率随冷凝段长度增加出现峰值,蒸发段管数越多,峰值对应的冷凝段长度越长,而发电效率则随冷凝段长度增加而减少;蒸发段管数增加,输出功率和发电效率均增大。     

ELECTRICITY GENERATION COMPARISON OF TWO-CHAMBER MICROBIAL FUEL CELLS WITH DIFFERENT MEMBRANE

以乙酸钠为碳源,铁氰化钾溶液为电子受体,以普通双极膜(膜A)、特种双极膜(膜B)和质子交换膜(膜C)构建的微生物燃料电池进行产电性能的实验研究.得到如下实验结果:膜A开路电压为0.77V,最大体积功率密度为3.23W/m3,由线性拟合方程可知其内阻为91.22Ω;膜B电池的开路电压0.748V,最大体积功率密度为3.52W/m3,内阻为92.26Ω;膜C电池的开路电压为0.796V,最大体积功率密度为3.75 W/m3,内阻为79.29Ω.结果表明:各种膜在微生物燃料电池产电性能方面相近.通过膜效率的分析,在微生物燃料电池中,采用离子交换膜替换价格昂贵的质子交换膜是可行的.     

半导体热电发电技术

１８２３年，德国物理学家塞贝克（Seebeck）发现了温差电流现象，即由两种不同金属构成的回路中，如果结点处的温度不同，回路中就会产生一个温差电动势。这就是著名的塞贝克效应或热电效应。１２年后，法国科学家帕尔贴（Peltier）又发现了塞贝克效应的反效应———帕尔贴效应，即当电流通过由两种不同金属构成的回路时，结点处会产生吸热或放热现象。基于这两种物理现象，随后人们进行了金属材料热电发电的探索性研究。但是由于当时金属材料的热电性能较差，致使发电装置的能量转换效率很低，实用价值受到极大的局限性。因此，１００多…     

活性层厚度及温度对有机太阳电池的数值分析

利用AMPS-1D软件研究以P3HT∶PCBM为活性层的异质结有机太阳电池的各项性能。仿真结果表明:器件的短路电流、开路电压、光电转换效率、载流子的复合率均随器件活性层厚度的增大而增大,但器件的填充因子和内建电场随厚度的增加而减小。温度影响开路电压,但对短路电流影响不大。通过曲线的拟合发现,填充因子随着活性层厚度的增加呈现一次指数衰减,光电转换效率呈现一次指数增加的趋势。     

小型温差发电器性能影响因素研究

通过实验的方式测量了热空气流量、温度和冷却风速对半导体温差发电器性能的影响。研究结果表明:随着热空气流量的增加,热端换热效果增强,使得集热器温度升高,进而冷热源温差增大,热电模块的开路电压增加。随着热空气温度的升高,集热器的温度同时也在升高,此时冷热源温差增大,热电模块的开路电压增加。随着冷却风风速的增加,冷端换热器的换热效果增强同时也影响热端集热器的温度。     

电控冷却柴油机热电余热回收系统总能效率优化研究

为了研究热电发电装置在电控冷却系统车辆上回收废气余热的节能潜力及其影响规律,在GT-Suite软件中建立了使用集成式电控冷却系统的发动机及热电发电装置模型,并基于全历程能流回路提出了总能效率评价指标,探究了在不同发动机工况、冷却水温度的情况下,热电发电装置的加入对总能效率的影响规律。研究结果表明:基于集成式电控冷却系统,在发动机低转速区域,负荷增加导致的热电发电功率上升起主导作用,热电发电装置带来的总能效率改善随负荷的增加而上升;而在发动机中高转速区域,冷却能耗代价问题凸显,高负荷工况冷却能耗代价过高,热电发电装置带来的额外冷却能耗会使得总能效率恶化,在中低负荷工况才稍有改善;同时存在最佳冷却水温,使得系统总能效率最大。