基于微热管的高倍聚光光伏模组新型散热实验研究

高倍聚光光伏(HCPV)模组凭着其特有的优势,近些年得到了广泛的应用。HCPV模组采用的是III~V族多结太阳电池,尽管如今III~V族多结太阳电池的实验室最高光电转换效率已高达46.0%,而采用三结电池的HCPV模组,其最高转化效率只有35%左右。造成HCPV模组效率下降的主要原因之一就是模组的散热和工作温度均匀性问题。因此,如何对HCPV模组进行有效地均匀散热对提高模组转化效率具有重要的意义。热管作为一种高效相变传热技术,具有当量导热系数很高,且恒温传热的特点。本文针对典型HCPV模组的热流分布特点和结构特点,采用扁平微热管阵列作为新型散热器,实验研究了基于微热管阵列散热的HCPV系统的光电特性和散热特性。研究结果表明,优化工况下,采用微热管阵列作为散热装置的HCPV模组必常规HCPV模组其输出功率大约提高22%,表明该散热结构具有很好的应用前景。     

高倍聚光光伏模组中不同二次聚光结构性能研究

目前高倍聚光光伏(high concentrating photovoltaic,HCPV)模组效率与III-V多结高倍聚光太阳电池效率相比还有很大差距;而在高倍聚光光伏模组中,常用菲涅尔透镜及二次聚光器作为聚光器件。不同的聚光结构会对光照及温度分布产生影响,进而影响模组整体的输出特性。通过对室外条件下不同二次聚光类型的高倍聚光光伏模组性能进行实验探究。结果表明二次聚光棱镜模组具有较好的温度均匀性和光线接收角,实际发电性能较优。对于二次聚光模组的设计具有参考意义。     

高倍聚光光伏模组中不同二次聚光结构性能

目前高倍聚光光伏(high concentrating photovoltaic,HCPV)模组效率与III-V多结高倍聚光太阳电池效率相比还有很大差距;而在高倍聚光光伏模组中,常用菲涅尔透镜及二次聚光器作为聚光器件。不同的聚光结构会对光照及温度分布产生影响,进而影响模组整体的输出特性。通过对室外条件下不同二次聚光类型的高倍聚光光伏模组性能进行实验探究。结果表明二次聚光棱镜模组具有较好的温度均匀性和光线接收角,实际发电性能较优。对于二次聚光模组的设计具有参考意义。     

微平板热管热性能的优化分析

针对大功率集成设备的散热瓶颈问题,建立了一种微热管模块数学模型,应用数值模拟方法研究不同加热功率不同风速下的微热管模块热性能。模拟结果表明微热管基板表面的平均温度比铜基板降低7～10℃.微热管基板表面最大温差在3℃以内,表明了微热管在高热流密度时能够有效扩散集中热源并具有优良均温特性。分别分析加热功率,空气流速以及导热翅片对微热管模块传热性能的影响特性,发现微热管模块在热流密度180 W,空气流速2.5 m·s~(-1)以及导热翅片20片时热扩散性能达到最优。模拟表明该微热管模块能够最大限度避免基板的热应力集中,从而保证功率模块的高效平稳运行。     

烧结式微热管吸液芯的成型方法

目前电子芯片对散热的要求越来越高,烧结式吸液芯微热管已经成为电子芯片理想的散热元件.文中分析了铜粉颗粒在吸液芯中的成型机理,探讨了烧结式微热管吸液芯毛细结构的制造工艺,解决了吸液芯成型温度与成型时间的确定,以及烧结时芯棒的固定、抽出与铜粉颗粒的填充等相关问题.结果表明,采用所提出的制造工艺在900～950℃下烧结30～60min得到的吸液芯具有铜粉颗粒分布均匀、对称性好、生产效率高、成本低等优点,并且制成的微热管具有很好的传热性能.     

活性层薄膜结构对有机光伏器件性能的影响

用P3HT作为电子给体,PCBM作为电子受体,制备了分层(单异质结)和共混(体异质结)2种不同结构的太阳电池,对其光电特性进行了表征,分析比较了不同结构对器件性能影响的物理机制.结果表明:所制备器件的开路电压分别为0.521 V和0.581 V,能量转换效率分别为0.67%、1.98%,体异质结结构可有效地改善太阳电池的输出特性.     

平板微热管的研究进展回顾与展望

热管是一种具有高热导率的多尺度传热材料,被广泛应用于换热器的余热回收再利用、太阳能集热器和数据中心冷却等领域。从循环动力和性能表现两方面入手探讨微热管传热影响因素的研究实验。针对平板微热管的结构组成和工作机理,综述了平板微热管微槽结构、充装工质及其充液率、工作状态的性能研究进展,剖析了蒸发段和冷凝段的状态对流动状态与传热特性之间的关系,如曲率半径、循环工质流量和有效导热系数等参数的表现,总结了平板微热管的模型结构设计与理论预测研究进展,并结合强化换热和沸腾传热,对微热管微通道的发展方向进行了展望。     

CdSe/CdS量子点共同敏化TiO_2纳米管阵列光阳极研究

为了探究量子点共敏化对TiO_2纳米管阵列太阳能电池的光电转换效率的影响,采用连续离子层沉积法制备了不同循环沉积次数的Cd Se量子点敏化和Cd Se/Cd S量子点共敏化TiO_2纳米管阵列光阳极,并采用能谱分析、扫描电子显微镜、X射线衍射、紫外吸收光谱等方法对光阳极进行了表征。以制得的光阳极组装了太阳能电池,并对其光电转换效率和伏安特性进行了测试。研究结果表明:制备的Cd Se/Cd S量子点共敏化太阳能电池比Cd Se量子点单独敏化的太阳能电池更有效地吸收长波太阳光,在波长为575 nm处最大光电转化效率达到35.3%,对640 nm波长的光仍然有超过10%的量子效率;最大短路电流密度为5.45 m A/cm2,开路电压为0.64 V,光电转换效率达到1.95%,Cd Se/Cd S量子共敏化太阳能电池光电转换效率比Cd Se量子点单独敏化的提高了约2倍。     

微波辅助合成CdTe量子点及在太阳能电池中的应用

以CdCl2和Na2TeO3为反应物,巯基丙酸作为稳定剂和还原剂,通过微波辅助法快速合成高质量CdTe量子点,用CdTe量子点和染料N719共敏化TiO2纳米管阵列,以此为光阳极组装敏化太阳能电池。采用X射线衍射、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、扫描电镜和透射电镜等分析手段对样品进行表征,最后测定太阳能电池的光电转化效率。相对于传统CdTe量子点制备过程,采用巯基丙酸同时作为还原剂和稳定剂可以将以往的两步反应简化为一步,不需要复杂操作和氮气保护,减少了实验过程中有毒气体的排放;同时采用微波辅助法制备,还可以使量子点的生长更加快速。随着微波加热时间的增加,制得的量子点粒径增大,荧光发射峰红移,紫外可见吸收峰红移,量子产率最高达到63.6%。以CdTe量子点和染料N719共敏化TiO2纳米管阵列为光阳极的太阳能电池短路电流密度达到3.82mA/cm2,开路电压为0.518V,填充因子为0.32,光电转换效率达到0.63%,比未敏化太阳能电池光电转化效率高出152%。     

一步法合成微纳结构TiO_2及在染料敏化太阳电池中的应用

TiO2纳米颗粒具有较高的比表面积及吸附性能,使得其在染料敏化太阳电池中的应用及效率取得了突出的进展.近年来,TiO2微米球由于具有较大的比表面积、对可见光的散射作用强,以及特殊的微纳米结构等特点,倍受人们的关注.因此,为了获得较高的光电转化效率,充分利用各维度微纳米材料的优点,制备复合维度的光阳极结构薄膜是目前研究的热点.在本研究中,我们采用一步法直接合成了TiO2微米球与纳米颗粒共生纳米材料,该共生材料具有较大的比表面积、优良的光散射作用.将其作为光阳极材料应用于染料敏化太阳电池中,与纯微米球及纳米颗粒相比,基于该共生纳米材料制备的光阳极薄膜的染料吸附量大、电子寿命长,有效地提高了电池的短路电流密度,在相同的多孔薄膜厚度为7.2μm时,得到了8.15%的光电转化效率,优于纯微米球的7.60%及纳米颗粒的6.83%.最后,通过加入一层纳米颗粒(4.8μm)进行薄膜结构优化及Ti Cl4处理,基于该共生微纳米结构的太阳电池获得了10.82%的高光电转化效率.     

高倍聚光光伏模组中菲涅尔透镜沿光轴方向的光照非均匀性变化及影响

对于菲涅尔透镜作为主要聚光器件的高倍聚光光伏模组,应用中通常把多结电池放置于透镜焦平面处,然而光学系统非理想性造成焦平面处的光照非均匀性,会影响三结电池及模组整体的输出特性。本文通过光线追踪模拟和三维三结电池网络模型,分析沿光轴方向不同位置,菲涅尔透镜聚光光照非均匀性的变化,以及对高倍聚光光伏模组的影响机理和优化。结果表明沿光轴填充因子与光照非均匀性有密切关系,沿光轴不同程度的光照非均匀性导致不同程度的横向电流,填充因子随之发生变化,在远离焦平面的位置存在更优的填充因子,提升最大输出功率。实验结果也很好地验证了模拟的结果,本文结论对实际应用中高倍聚光光伏模组的结构优化有参考意义。     

化学刻蚀硅制备太阳能电池减反射结构的研究进展

硅基太阳能电池的关键技术之一是在硅表面制备高效减反射结构,化学刻蚀法是制备减反射结构的最常用方法,其研究热点为贵金属辅助化学刻蚀技术,综述了化学刻蚀硅制备太阳能电池减反射结构的主要方法、刻蚀机理、工艺特征及应用等的研究进展,重点介绍了贵金属辅助化学刻蚀技术的最新研究成果.     

温度对太阳能电池特性的影响

对硅太阳能电池温度特性进行实验研究。在无光照条件下,太阳能电池可看做成一个PN结,正向电流在确定外加电压下是随着温度升高而增大的。用高压氙灯模拟太阳光,测得太阳能下电池不同温度的光照特性。温度升高使得太阳能电池短路电流Isc小幅升高,开路电压Voc降低明显,填充因子下降,光电转换效率明显下降。     

晶体硅太阳电池的氮化硅表面钝化研究

为了提高晶体硅太阳电池的光电转换效率，研究了用等离子增强化学气相沉积（PECVD）的SiNx：H作为晶体硅太阳电池的表面钝化及减反射膜对电池性能的影响，并采用不同的工艺路线制备了不同类型的电池。实验发现：同SiNx：H比较，SiNx:H/SiO2双层光学减反射结构对晶体硅太阳电池能起到更加有效的表面钝化作用，提高了太阳电池的光电转换效率。基于界面物理，提出了一种新的能带模型，解释了用不同实验方法制作的晶体硅太阳池性能的差异。     

热管刀具的设计及散热性能测试

为设计结构合理的热管刀具,研制了热管性能测试系统,模拟热管在车刀内的工作条件,通过正交试验优化热管使用参数.在此基础上,分别设计了嵌入式、侧压式和槽嵌式3种不同热管植入形式的热管刀具,并进行干车削45#钢实验,以量化评估这几种热管刀具的散热性能.对热管的传热测试结果表明:圆热管和扁热管在受热段长度18 mm、冷却段长度20mm、循环冷却水温度75℃、热管弯曲5°时的传热效果最优.对这几种热管刀具的切削量热实验表明:嵌入式热管刀具中的热管传热效率最高,槽嵌式的次之,侧压式的最弱.     

Nano-SiC薄膜在太阳能电池窗口表面的应用

由于环境的污染使空气中有泥土,太阳能电池在户外使用一段时间后,其窗口表面就会附着一些灰尘颗粒影响其进光量,进而影响太阳能电池的光电转换效率。采用溶胶凝胶法制备并通过热烧结过程,将Nano-SiC透明薄膜制备在太阳能电池窗口表面。通过实验测试了表面制备不同厚度的Nano-SiC薄膜对太阳能电池I-V特性的影响。实验结果表明Nano-SiC薄膜具有很好的光子透过性和自洁能力,能够提高太阳能电池的光电转换效率。     

平流层飞艇光伏电池传热特性

太阳能是平流层飞艇的理想能源,其热特性与飞艇浮力,蒙皮强度息息相关。准确预测飞艇的温度场是飞艇设计的重要步骤,但现有研究缺乏对太阳能电池的热特性分析。本文提出了一种包括太阳辐射,天空、地面长波辐射,蒙皮红外辐射和对流换热的飞艇模型,将几何模型离散化,编写C++程序计算了和分析了光伏电池的转化效率,吸收率、发射率、热阻和飞艇朝向对飞艇热性能、光伏阵列输出功率的影响。结果表明,较大的光伏阵列转化效率,发射率和等效热阻有利于改善飞艇“超冷”和“超热”现象的改善。光伏电池的辐射特性对光伏电池和氦气温度的影响最大：吸收率从0.5增加到0.9,主氦气囊昼夜温差升高约11.2K,光伏电池最高温度升高约29.8K;发射率0.1增加到0.9,主氦气囊昼夜温差降低约15.3K,光伏电池最高温度降低约50.2K。本文计算结果为飞艇的热稳定性的优化提供参考。     

回路振荡热管稳定运行条件及循环特性的热力学分析

以简单回路振荡热管为热力系统,通过热力学分析,导出了稳定循环的条件：蒸发端吸热量等于冷凝端放热量,且必须考虑耗散功的影响作用。推导出稳定循环过程的特征和热力学参量变化的规律,揭示了过程能量转换的特点。结果表明：吸（放）热过程包括潜热和显热,汽相比体积随压力的变化因素不可忽视;蒸汽干度和密度的变化与温度、压力同向,与流速相反;此过程中的能量转换是维持能量传递的重要条件。