论文摘要
工业革命至今,化石燃料的燃烧带来了大量温室气体的排放,导致全球平均气温逐渐升高,极端天气变得更加频繁,因此各国政府越来越重视对清洁能源的利用。太阳能作为一种存量最丰富、分布最广泛的清洁能源,受到了政府的极大重视。近年来提出的太阳能热光伏系统有望突破过去光伏系统的能量效率,因而受到学术界的广泛关注。光谱选择性太阳能吸收器是宽带超构材料吸收器的一种,也是太阳能热光伏系统中的核心器件,更是提高太阳能热利用的重要一环。但由于目前提出的一些太阳能吸收器存在吸收带宽窄,吸收光谱选择性差,极化敏感,无法广角吸收等问题,导致性能指标不高,阻碍了其在太阳能热光伏系统中的实际运用。本论文以光谱选择性太阳能吸收器作为研究对象,分别设计了一种基于渔网状光栅超构材料的太阳能吸收器和一种基于光子晶体超构材料的太阳能吸收器,并且阐述了相关的物理机理。提出并研究了一种基于覆盖减反层的二维垂直串联渔网状光栅波谱选择性太阳能吸收器。使用CST软件计算仿真了该吸收器的光学性质和多种电磁共振吸收模式。在0.3-1.625 μm波长范围内,该吸收器有超过90%的吸收率,并且在0.3-1.53μm波段,该吸收器拥有超过94.7%的超高吸收率,并且该波段内的平均吸收率为98%。超过2.3 μm的中红外波段,该吸收器的发射率都低于20%,表现出较好的选择性。在入射角为50度时,当入射波为TM极化波时,在0.3-1.5μm波段有超过94%的吸收率;当入射波为TE极化波时,在0.3-1.52μm波段有超过85%的吸收率,表现出较好的广角吸收特性。由于结构的高度对称性,该吸收器对极化不敏感。与其相关的吸波物理机理包括减反模、腔共振、磁极化。提出并数值计算了一种基于介质填充的覆盖减反层的膜耦合的二维金属光子晶体的高效太阳能吸收器。该太阳能吸收器与光偏振无关,在0.33到1.45μm波段,对光有超过95%的超高吸收率,并且在入射角50度以内,吸收率对入射角不敏感。在波长超过2.2μm的波段,热发射率都低于20%,充分显示了其强大的吸收选择性。该太阳能吸收器的光吸收性质主要是减反模,腔共振和表面等离子体共振耦合的共同作用所决定。通过分析所提出太阳能吸收器的相关性能指标可以发现,其总太阳能光热转化效率非常接近理想的截断选择性太阳能吸收器,且比目前几种有代表性的太阳能吸收器要更加优秀。由于其极化无关性,角度不敏感性和宽带选择吸收,该吸收器非常有希望在现实中被运用到可再生能源领域,比如太阳能加热和太阳能发电。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 李辉
导师: 刘玉敏
关键词: 太阳能,热光伏系统,超构材料,选择性吸收器
来源: 北京邮电大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑
专业: 物理学,化学,新能源
单位: 北京邮电大学
分类号: TK513;O734
总页数: 57
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