体积吸收式复合太阳能分频液冷高倍光电光热接收器工作机理研究及优化

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51776091
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0607.可再生能源与新能源利用中的工程热物理问题
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

In conventional concentrated photovoltaic/thermal (CPV/T) hybrid system, an important issue is that obtaining a higher heat transfer fluid outlet temperature comes at the expense of electrical efficiency. Further, the efficiency of the CPV/T system with spectral splitting filter is still low. Therefore, volumetric absorption combined spectral splitter together with direct liquid immersion cooling are proposed for high CPV/T system. And a high CPV/T solar receiver coupled with volumetric absorption combined spectral splitter and liquid immersion cooling is suggested in this project. Firstly, the entire solar radiation transfer process in the receiver integrated with the concentrator will be simulated based on Monte Carlo ray tracing method, and the variation of the energy flux distribution with space and time will be revealed accurately. Then, the coupled electrical/thermal models will be constructed for energy transfer process description of the novel receiver. Based on the models, the coupled relationship and interaction mechanism between photovoltaic conversion, photothermal conversion and volumetric absorption combined spectral splitter, liquid immersion cooling will be explored. Combined with the receiver outdoor experiment, the prediction model of the novel receiver performance related to operating conditions, solar cell characteristics and combined spectral splitter properties will be developed. Thus, the synergy mechanisms of all kinds of energy flow in the novel receiver will be discussed to achieve an optimal comprehensive solar energy utilization. This research is an interdisciplinary project in optics, electricity, heat transfer and fluid mechanics and of great academic importance for the extending of engineering thermophysics. In addition, it is also very helpful to master the key techniques of the CPV/T systems, to develop solar photovoltaic/thermal hybrid receiver with high electrical efficiency and high thermal efficiency and of great practical significance to realize engineering application of CPV/T systems.
基于聚光太阳能光电光热(CPV/T)综合利用思路,针对传统CPV/T中光伏、光热单元间热耦合及光谱分频型CPV/T效率低的问题,创新性地将体积吸收式复合太阳能分频与液浸冷却有机结合应用于高倍CPV/T系统,提出一种体积吸收式复合太阳能分频液冷高倍光电光热接收器。采用光迹追踪法研究集聚光器一体的接收器内太阳辐射能流分布的准确描述及其变化规律;构建描述接收器能量传递过程的电热耦合模型,探索光电转换、光热转换与吸收式复合分频、液浸冷却间的耦合关系及影响机制,结合户外试验,建立基于工作条件、电池特性、复合分频器性能多因素复杂耦合的接收器性能预测模型,揭示多股能流间协同配合机制,实现太阳能综合利用效率最大化。研究涉及光学、电学、传热学及流体力学等学科交叉,对本学科拓展具有重要学术意义;同时对于掌握CPV/T关键核心技术,研发具有高光电、光热转换效率接收器,实现CPV/T实际工程应用具有重要现实意义。

结项摘要

基于聚光太阳能光电光热(CPV/T)综合利用思路,针对传统CPV/T中光伏、光热单元间热耦合及光谱分频型CPV/T效率低的问题,本项目将体吸收太阳能分频技术和聚光电池冷却技术有机结合应用于CPV/T系统。采用理论分析、数值模拟和实验相结合的手段,对体吸收式太阳能分频光伏光热接收器相关过程的基础问题展开了系统深入的研究。取得的代表性成果如下:(1)研究了体吸收式太阳能分频器的分频性能及对聚光太阳能电池输出的影响规律。结果表明,液+固复合分频器和纳米流体分频器的分频性能要优于普通液体的分频性能,加入固体吸收式滤光片或纳米流体虽降低了电池的电输出,但可明显提升接收器的输出温度,接收器综合性能有所提升。(2)设计了液+固复合分频接收器和相应的聚光器,研究了聚光条件下复合分频接收器电、热性能。结果表明,所设计的条形平面镜聚光器在接收面处可获得97.88%的光照均匀度;所设计的接收器可使光伏电池组件的光电转化效率最高提升至26.45%。采用丙三醇+水1:3溶液+HB650滤光片复合分频器时接收器可获得最高49.53%的综合效率。(3)建立了纳米流体分频型热管冷却CPV/T系统的模型,研究了不同环境温度、风速、储水箱水量、集热器水量、聚光比以及分频液质量流量对该系统全天性能的影响。结果表明,该系统在5倍聚光下,全天的平均热效率、电效率、总效率分别为46.02%、7.64%和53.67%。当聚光比小于7时,分频型热管冷却CPV/T系统的综合性能优于热管冷却CPV/T系统和分频型CPV/T系统。(4)结合室内模拟光实验,采用蒙特卡罗光线追迹法+有限体积法耦合模拟的方法研究了采用线性菲涅耳反射聚光器和复合分频接收器的复合分频聚光光伏光热系统的综合性能。光学模拟结果表明该系统具有较高的光学效率且接收器中电池表面的光照均匀性较高。CFD模拟结果表明,高进口温度和低流速下,系统可以取得最大的㶲效率。(5)此外,申请人还在纳米流体分频液的制备和稳定性考察等方面开展了研究,取得了相应成果。以上成果可为实现CPV/T系统工程应用提供关键的理论指导。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(8)
分频型光伏光热系统中丙二醇基Ag/CoSO_4纳米流体的性能研究
  • DOI:
    10.19912/j.0254-0096.tynxb.2019-0102
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    太阳能学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈晓彬;韩新月;孙耀;黄菊
  • 通讯作者:
    黄菊
Performance improvement of a PV/T system utilizing Ag/CoSO4-propylene glycol nanofluid optical filter
利用 Ag/CoSO4-丙二醇纳米流体滤光片改进 PV/T 系统的性能
  • DOI:
    10.1016/j.energy.2019.116611
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
    Energy
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Han Xinyue;Chen Xiaobin;Sun Yao;Qu Jian
  • 通讯作者:
    Qu Jian
Design and dynamic performance of a concentrated photovoltaic system with vapor chambers cooling
均热板冷却聚光光伏系统的设计与动态性能
  • DOI:
    10.1016/j.applthermaleng.2021.117824
  • 发表时间:
    2021-11
  • 期刊:
    Applied Thermal Engineering
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Han Xinyue;Lv Yaya
  • 通讯作者:
    Lv Yaya
Optical characterization and durability of immersion cooling liquids for high concentration III-V photovoltaic systems
高浓度 III-V 光伏系统浸入式冷却液的光学特性和耐久性
  • DOI:
    10.1016/j.solmat.2017.08.034
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Solar Energy Materials and Solar Cells
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    Han Xinyue;Guo Yongjie;Wang Qian;Phelan Patrick
  • 通讯作者:
    Phelan Patrick
Design and analysis of a concentrating PV/T system with nano fl uid based spectral beam splitter and heat pipe cooling
基于纳米流体的光谱分束器和热管冷却的聚光PV/T系统的设计与分析
  • DOI:
    10.1016/j.renene.2020.07.131
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Renewable Energy
  • 影响因子:
    8.7
  • 作者:
    Han Xinyue;Zhao Xiaobo;Chen Xiaobin
  • 通讯作者:
    Chen Xiaobin

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其他文献

温度和光强对聚光硅太阳电池特性的影响研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    太阳能学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩新月;屈健;郭永杰
  • 通讯作者:
    郭永杰
聚光光伏系统中浸没冷却液体的光学性能分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    太阳能学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩新月;郭永杰;薛登帅;屈健
  • 通讯作者:
    屈健
矩形微通道内液滴产生和运动特性实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    上海交通大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩新月;胡自成;刘涛;王超
  • 通讯作者:
    王超
聚光太阳电池及其研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    半导体光电
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩新月;屈健;郭永杰
  • 通讯作者:
    郭永杰

其他文献

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韩新月的其他基金

高倍聚光下耦合液冷接收器中密排III-V电池组件特性的影响规律研究
  • 批准号:
    51306077
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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