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积灰对新型光伏/热系统辐射传输特性影响的研究

积灰对新型光伏/热系统辐射传输特性影响的研究

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作者：许程渊东北电力大学

学位级别：硕士

新型光伏/热系统由光谱分束器和光伏电池组成,其凭借着能同时提升光电和光热的综合转化效率而受到广泛的关注。新型光伏/热系统通常会选择太阳辐射强,晴天较多的地区进行布局,但这些地区往往有着风沙大,降雨少等负面因素,这就导致布局... 详细信息

新型光伏/热系统由光谱分束器和光伏电池组成,其凭借着能同时提升光电和光热的综合转化效率而受到广泛的关注。新型光伏/热系统通常会选择太阳辐射强,晴天较多的地区进行布局,但这些地区往往有着风沙大,降雨少等负面因素,这就导致布局在这些地区的新型光伏/热系统会遇到积灰等环境问题。沉积于新型光伏/热系统表面的灰尘颗粒反射和吸收太阳光,阻碍太阳光进入系统,导致系统的电热输出效率降低。本课题以灰尘颗粒沉积对新型光伏/热系统的辐射传输特性和效率的影响为研究重点,建立了单层稀疏灰尘颗粒沉积和稠密灰尘颗粒沉积新型光伏/热系统模型,利用Monte Carlo法和Mie理论研究了灰尘颗粒沉积下系统的辐射传输特性。通过编译的程序计算了灰尘颗粒沉积系统时系统反射比、灰尘层透射比、玻璃层吸收比、纳米流体层吸收比和光伏层吸收比以及系统的电效率、热效率和总效率,得到了灰尘颗粒沉积对系统辐射传输特性和效率的影响。研究参数包括灰尘颗粒覆盖比、灰尘层厚度、灰尘颗粒组分、灰尘颗粒体积分数、灰尘颗粒粒径和入射光角度。此外,本课题还比较了不同纳米流体种类对新型光伏/热系统辐射传输特性和效率的影响,并选择了Ti O2纳米流体作为新型光伏/热系统的光谱分束器。结果表明,当纳米流体种类为SiO2@Ni纳米流体时光伏层吸收比最小,纳米流体层吸收比最大,系统电效率最低,热效率最高,分别为1.80%和79.69%;当纳米流体种类为Ti O2纳米流体时光伏层吸收比最大,纳米流体层吸收比最小,系统电效率最高,系统热效率最低,分别为15.02%和21.21%。灰尘颗粒覆盖比的增加或者灰尘层厚度的增加会使系统纳米流体层吸收比和光伏层吸收比减小,系统总效率降低。灰尘颗粒组分对光伏层吸收比的影响主要集中在0.50-1.10μm波段内,吸收指数к越大的灰尘颗粒组分,光伏层吸收比越小,系统效率越低。当单层稀疏灰尘颗粒沉积系统时,灰尘颗粒粒径从25μm增加到100μm会导致在0.50-1.00μm波段内系统反射比和光伏层吸收比减小,系统总效率降低0.83%;当稠密灰尘颗粒沉积系统时,灰尘颗粒粒径从25μm增加到100μm会导致系统反射比减小,纳米流体层吸收比和光伏层吸收比增加,系统总效率增加了13.38%。灰尘颗粒体积分数从40%增加到70%会导致系统反射比增大,灰尘层透射比、纳米流体层吸收比和光伏层吸收比减小,系统电效率和热效率分别降低2.61%和2.01%。在0.30-1.50μm波段内,入射光角度越大,系统反射比越大,灰尘层透射比、纳米流体层吸收比和光伏层吸收比越小,系统电效率和热效率越低,且当入射光角度大于60°时,这种现象越加显著。

关键词：灰尘颗粒沉积新型光伏/热系统 Monte Carlo法 Mie理论辐射传输特性效率

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