染料敏化太阳能电池热效应分析及温度的研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池作为新型太阳能电池,凭借着结构简单,原材料丰富,价格低廉等优点备受关注,而使用温度过高对其效率等造成一定的影响,所以预测并控制染料敏化太阳能电池的工作温度非常重要。首先本文基于其工作原理分析了电池热效应过程,同时建立了数学模型,通过数值模拟计算的方法,得到了电池温度分布和变化情况,并在相同条件下,对其进行定工况的实验,结果表明:实验与模拟的温度变化曲线基本吻合,验证了模拟计算的正确性;同时对其进行全天工况下的模拟及实验,将两者结果进行对比分析,同样得到电池温度变化的情况基本相同,再次验证了模型的正确性;并且模拟计算了电池在不利工况下的温度变化情况,即当环境温度37℃、辐射强度1000W/m2时,得到最高温度达到79℃左右,达到了电池效率下降的温度。然后,本文对影响染料敏化太阳能电池温度的因素进行了分析研究,得出当光照强度逐渐上升或逐渐下降的时候,电池温度受到的影响因素不同。当光照强度逐渐上升时电池温度主要受光照强度、环境温度及对流换热系数的影响,利用正交试验,拟合出了电池温度和这三个因素之间的经验公式,并将公式计算的最高温度值和全天工况模拟值进行对比,结果表明:两者的最高温度非常接近;当光照强度逐渐下降时,电池的温度主要受光照强度、环境温度、对流换热系数及初始温度的影响,根据全试验,拟合出电池温度和四因素之间的关系式,并将其与全天模拟计算值进行对比分析,结果表明:计算公式所得结果和全天模拟计算值十分接近。最后,本文对电池的冷却方法进行了探究,设计了两种冷却结构:一种是单块电池的冷却,另外一种是封装电池板的冷却。针对单块电池的冷却,在电池的背面增加肋片,肋片结构为矩形肋片和三角形肋片,经过模拟计算,得出电池的温度变化情况,并与未加载肋片的电池温度变化进行对比分析;对于封装电池板的冷却,在电池背面加载散热器,其中肋片选择为叉排摆放,再进行空气强制对流冷却,进行模拟计算,得出封装电池板的温度变化情况。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 热效应分析 温度 影响因素 经验公式 冷却结构 模拟计算
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 引言10-11
• 1.2 染料敏化太阳能电池的结构和工作原理11-16
• 1.2.1 DSSC的结构构成11-15
• 1.2.2 DSSC工作原理15-16
• 1.3 染料敏化太阳能电池温度影响的研究现状16-17
• 1.4 本文研究内容及创新点17-18
• 1.5 文章结构18-19
• 2 DSSC热效应的模拟及实验研究19-45
• 2.1 定工况实验19-25
• 2.1.1 数据采集软件19-21
• 2.1.2 实验装置21-23
• 2.1.3 实验结果23-25
• 2.2 定工况模拟25-37
• 2.2.1 模拟软件26-28
• 2.2.1.1 前处理26-27
• 2.2.1.2 求解器27-28
• 2.2.1.3 后处理28
• 2.2.2 热过程分析28-29
• 2.2.3 数学模型29-31
• 2.2.3.1 假设条件29-30
• 2.2.3.2 控制方程30-31
• 2.2.3.3 边界条件31
• 2.2.4 计算过程31-35
• 2.2.4.1 几何模型31-32
• 2.2.4.2 网格划分32
• 2.2.4.3 模拟设置32-33
• 2.2.4.4 模拟参数33-35
• 2.2.5 模拟结果35-37
• 2.3 定工况结果分析37-39
• 2.4 不利工况分析39-41
• 2.5 户外实验及模拟41-43
• 2.5.1 实验41-42
• 2.5.2 模拟42
• 2.5.3 结果分析42-43
• 2.6 结论43-45
• 3 DSSC温度的预测研究45-59
• 3.1 影响因素分析45-47
• 3.1.1 光照强度45-46
• 3.1.2 环境温度46
• 3.1.3 对流换热系数46-47
• 3.1.4 初始温度47
• 3.2 光强上升阶段的经验公式47-53
• 3.2.1 拟合公式49
• 3.2.2 全天模拟对比49-52
• 3.2.3 定工况计算对比52-53
• 3.3 光强下降阶段的经验公式53-57
• 3.3.1 拟合公式54-55
• 3.3.2 结果对比55-57
• 3.4 结论57-59
• 4 DSSC冷却结构的探究59-71
• 4.1 冷却类型选择59
• 4.2 单块电池冷却59-65
• 4.2.1 矩形肋片61-62
• 4.2.2 三角形肋片62-64
• 4.2.3 结果分析64-65
• 4.3 封装电池的冷却65-69
• 4.3.1 散热器肋片的布置66-67
• 4.3.2 模拟计算与分析67-69
• 4.4 结论69-71
• 5 结论与展望71-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 个人简历、在校期间发表的学术论文与研究成果79

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