采用辐射热阻网络法对热光伏系统热分析

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1、第卷第期太阳能学报,年月】赶五以」文章编号二侧如听《一佣引阵肠采用辐射热阻网络法对热光伏系统热分析茹磊,叶宏中国科学技术大学热科学与能源工程系,合肥摘要采用辐射热阻网络方法建立了热光伏系统的辐射换热模型,并指出不考虑石英玻璃管对辐射光子可能的波长转换作用会导致计算所得的石英玻璃管的光谱发射功率密度与普朗克定律相违背。采用添加单色波热源的方式对辐射换热模型进行了修正,得到了系统的辐射热流密度、光谱效率和石英玻璃管的等效辐射温度等一些重要参数,与参考文献中结果吻合较好。关键词热光伏辐射热阻网络单色波热源中图分类号文献标识码射光子在通过光学器件时可能发生的波长转换引言一,所以通过该模型得出的系统热光

2、伏叩系统通过光伏的光谱参数是不完全准确的。若要精确给出于系电池将高温辐射器的辐射能转化成电能输统的光谱热流密度和关键部件的等效辐射温度,则出〔‘,。皿系统由热源、辐射器、滤波器和电池必须在光谱辐射换热模型中考虑波长转换的效果。等几部分组成。〔’〕研制的抗反射一钨本文采用辐射热阻网络方法,建立了采用赶涂层的发射率与电池匹配,是良好的选择辐射器和石英玻璃管的系统的辐射换热模型,性辐射器材料。由于钨极易被氧化,辐射器指出了直接划分为数个连续波段的求解方法中存在必须被封闭在石英玻璃管中。石英管的存在将影响的问题。随后,通过添加单色波热源的方式对辐射辐射器与电池之间的换热过程,因此对该系统换热模型进行了

3、修正,结果表明修正的辐射换热模进行热分析十分有意义。型可以更好地预测于系统的光谱热流密度、光谱可通过很多方法来研究开,中的传热问题,如效率以及关键部件的等效辐射温度。蒙特卡罗一方法闭、光线跟踪法囚,这些方法都数理模型与光谱相关,涉及复杂的建模过程且需要大量计算时间。一种简单方法是采用辐射热阻网络法来建立系统物理模型如图所示。整个系统安系统的辐射换热模型,由于中的光学器件,装在同轴圆柱面上,选择性辐射器以为如石英玻璃管、滤波器等的厚度很薄且各表面表现衬底维持℃的高温,石英玻璃管与辐射器之间出良好的漫射性质,热阻网络法可作为较好的近似。填充了惰性保护气体,弱光伏电池组表面覆盖多。沪采用这种方法建立

4、了有两层滤波器的层绝缘栈滤波器,电池组背面通过水冷管路冷却,可系统的换热模型,得到了电池表面的辐射热流维持电池稳定运行在℃。作如下假设以简化模密度及热负荷。值得注意的是,系统中各部件型①不考虑圆柱上下两底面的反射金膜图中未画的性质都与波长相关,而辐射热阻网络方法是建立出的作用,因而辐射换热仅是一维的,即从辐射器在全波长基础之上的,记对于辐射换热模型指向电池②所有辐射表面为漫射表面③石英玻璃的求解只是简单的将全波长划分为数个连续的微小厚度很薄毫米级,忽略其中的温度梯度④相对于波段来进行,各波段的方程相互独立,并没有考虑辐辐射换热,封闭气体的自然对流换热强度很小,可以收稿日期〕一以一肠基金项目国家

5、高技术研究发展计划通讯作者叶宏一,男,博士、副教授,主要从事工程热物理方面的研究。。期茹磊等采用辐射热阻网络法对热光伏系统热分析忽略。表等效热阻滤波器一。。。。辐射一。。。。尺,。「水冷管路、。、一〕衬底、,尸仁。「一‘〕石英管斗尸。,一」电池组尺。。。。一,物理模型给定表面、的温度,将整个波长区域划分为数个连续的微小波段,则每一微小波段对应一个辐射热阻网络,注意此时所有的等效热阻都与波长相关,是微小波段中心波长的函数。分别求解上述辐射热阻网络,可得节点的光谱发射功率凡,,和系统的光谱辐射热流、,再对全波段积分,则根据斯蒂芬一波尔兹曼定律可得等效辐射温度。和全波长辐射热流对电池可转换的辐射热流

6、几脚进行积分,则可得光谱效率爪。。表面光谱性质滤波器和电池组的复合表面的光谱吸收简化模型率为图飞叫模型、‘,,二。、,。、,。。一两。爪,以式中,、,和八,。—分别为一维十层光在简化模型图中为辐射器表面面积为子晶体滤波器叫的光谱透过率和反射率图,可。,发射率为。。为石英玻璃面积为。,对人射由传输矩阵方法仁’。〕计算得到。,,和八。,—分别光线的吸收率发射率、反射率和透过率分别为、为电池组表面的光谱吸收率和反射率,前表面有叭抗反射薄膜且有叭背反镜的电。和表面为滤波器和电池组的复合表面面积为注,反射率为尸,吸收率发射率为。一尸。。池”〕光谱反射率如图所示。辐射换热模型为厚度为。单位的石英玻璃,其光

7、谱反射各表面之间的辐射换热的推导可参见扭率、透过率分别为’〕一尺‘一。对全波长辐射换热的推导叫,辐射换热网络见图厅了、门了、,。各表面之间的热阻见表,其中。、‘和为。入,,一尺‘,一、。各表面之间的视角系数。一尺’那一入。‘‘,一尺,,却一、。。工二。凡气才一可王产一式中,‘—石英玻璃单边反射率〔”〕。、—石英玻璃的吸收系数「‘〕。计算所得的厚的石英玻璃的光谱透过率和吸收率如图。所示。︸一。︸二选