物理电子学开题报告

1、两类能量转换混合系统的性能研究两类能量转换混合系统的性能研究学学 生：廖天军生：廖天军导导 师：师：林比宏教授林比宏教授专专 业：物理电子学业：物理电子学学学 号：号：1100201023华侨大学信息科学与工程学院论文开题华侨大学信息科学与工程学院论文开题 一、论文选题的依据一、论文选题的依据 二、已经开展的部分研究二、已经开展的部分研究 三、论文的研究特色与创新之处三、论文的研究特色与创新之处 四、论文的进度安排四、论文的进度安排 五、主要参考文献五、主要参考文献华侨大学信息科学与工程学院论文开题华侨大学信息科学与工程学院论文开题 1.1 选题的来源、意义选题的来源、意义一、论文选题的依据一

2、、论文选题的依据 全球出现能源危机 开发可再生能源（太阳能、风能、地热能） 太阳能 光伏发电是开发太阳能的主要方式之一 温度升高使光伏电池转换效率下降 有必要采取适当的降温措施 光伏-温差热电混合发电系统 1、1988年年 Ellion EM申请了光伏申请了光伏-温差热电混温差热电混合发电系统的专利；合发电系统的专利； 2、1999年年Rockendorf G et al.对光伏对光伏-温差热温差热电混合系统进行了初步的研究；电混合系统进行了初步的研究； 3、2006年年Vorbiev Y et al.对热光伏混合动力对热光伏混合动力系统的太阳能转换效率进行了研究；系统的太阳能转换效率进行了研

3、究； 1.2 国内外的研究动态国内外的研究动态 4、 2008年年:Muhtaroglya et al.对光伏对光伏-温差热温差热电作为辅助能源在移动计算机中的应用进行电作为辅助能源在移动计算机中的应用进行了研究；了研究；D.kraemer et al.对光伏对光伏-温差热电混温差热电混合系统的优化方法进行了研究；合系统的优化方法进行了研究；Nolwennle prerres et al.对光伏对光伏-温差耦合系统在空气预热、温差耦合系统在空气预热、预冷中的应用进行了研究；预冷中的应用进行了研究；1.2 国内外的研究动态国内外的研究动态 Yu H Y et al.设计出采用光伏设计出采用光伏-

4、温差热电作为混合能源的无温差热电作为混合能源的无线网络传感器；线网络传感器； 5、2009年年Zhang X et al.设计出光伏设计出光伏-温差热电作为混合温差热电作为混合能源的电动汽车；能源的电动汽车； 6、2010年年Zhang X et al. 对带有最大功率跟踪点的光伏对带有最大功率跟踪点的光伏-温差热电混合能源在电动汽车中的应用进行了研究；刘温差热电混合能源在电动汽车中的应用进行了研究；刘永生等对光伏永生等对光伏-温差发电驱动新型冰箱进行模型设计与热温差发电驱动新型冰箱进行模型设计与热力学分析。力学分析。 1.2 国内外的研究动态国内外的研究动态 7、2011年：年：Zhang

5、X et al.设计出光伏设计出光伏-温差热电混合温差热电混合动力汽车；动力汽车；Wang N et al.设计出一种新型的光伏设计出一种新型的光伏-温差温差热电混合发电装置；热电混合发电装置；Yang D et al.对光伏对光伏-热电新型混热电新型混合系统的能量转换效率进行了研究；合系统的能量转换效率进行了研究；Iradi et al.对集对集成太阳能热电冷却系统从潮湿空气开发淡水进行了研成太阳能热电冷却系统从潮湿空气开发淡水进行了研究。究。 8、2012年年Xing Ju et al.对光谱分裂聚光光伏对光谱分裂聚光光伏-温差热电温差热电混合系统进行了数值分析。混合系统进行了数值分析。1

6、.2 国内外的研究动态国内外的研究动态 1、光伏、光伏-温差热电混合能量转换系统性能温差热电混合能量转换系统性能的理论分析；的理论分析； 2、混合能量转换系统性能参数的优化分、混合能量转换系统性能参数的优化分析，确定系统的最佳运行区间；析，确定系统的最佳运行区间； 3、研究光伏电池的负载和温差热电模块、研究光伏电池的负载和温差热电模块的负载的匹配问题；的负载的匹配问题； 4、研究光伏电池电流密度和温差热电模、研究光伏电池电流密度和温差热电模块电流密度的关系。块电流密度的关系。1.3 光伏光伏-温差热电混合系统尚需研究的内容温差热电混合系统尚需研究的内容 光伏电池等效电路图光伏电池等效电路图伏安

7、特性方程：伏安特性方程：SLSB- ( +)exp1e V IRIIInk T二、已经开展的部分研究二、已经开展的部分研究 光伏电池光伏电池2.1 光伏光伏-温差热电混合发电系统温差热电混合发电系统RShRLVILDRS 半导体温差热电发电模块半导体温差热电发电模块光伏光伏-温差热电混合发电系统示意图温差热电混合发电系统示意图1.光伏电池的输出功率及效率光伏电池的输出功率及效率2.温差热电模块的输出功率及效率温差热电模块的输出功率及效率3.光伏光伏-温差热电混合发电系统的功率及效率温差热电混合发电系统的功率及效率4.光伏光伏-温差热电混合发电系统的性能分析温差热电混合发电系统的性能分析5.光伏

8、光伏-温差热电混合发电系统的性能优化温差热电混合发电系统的性能优化6.光伏光伏-温差热电混合发电系统的负载匹配温差热电混合发电系统的负载匹配2.1.1 主要研究内容主要研究内容2.1.2 研究方法及技术路线研究方法及技术路线 以热力学、非平衡态热力学、工程热力学、量以热力学、非平衡态热力学、工程热力学、量子力学、统计力学、半导体理论等为理论基础，运子力学、统计力学、半导体理论等为理论基础，运用变分原理方法，最优控制论理论及计算机模拟等用变分原理方法，最优控制论理论及计算机模拟等为手段，建立光伏为手段，建立光伏-半导体温差发电混合动力系统的半导体温差发电混合动力系统的数学模型和热离子数学模型和热

9、离子-半导体温差混合动力系统数学模半导体温差混合动力系统数学模型，探索这些耦合循环中的主要不可逆损失，揭示型，探索这些耦合循环中的主要不可逆损失，揭示可能出现在这些混合循环中的新现象、新规律，寻可能出现在这些混合循环中的新现象、新规律，寻求新性能界限，建立混合动力系统性能的新优化理求新性能界限，建立混合动力系统性能的新优化理论，为可再生能源的合理使用和混合循环的性能改论，为可再生能源的合理使用和混合循环的性能改善及优化设计等提供新方案。善及优化设计等提供新方案。 光伏光伏-温差热电混合功率系统模型温差热电混合功率系统模型光伏光伏-温差热电混合发电系统和光伏电池的输出功率随光伏电池电流密度变化曲

10、线温差热电混合发电系统和光伏电池的输出功率随光伏电池电流密度变化曲线温差热电模块无量纲电流随光伏电池电流密度的变化规律温差热电模块无量纲电流随光伏电池电流密度的变化规律2.2 热离子热离子-温差热电混合发电系统温差热电混合发电系统热离子发电器示意图热离子发电器示意图 热离子热离子-温差热电混合发电系统示意图温差热电混合发电系统示意图 热离子热离子-温差热电混合发电系统的输出功率温差热电混合发电系统的输出功率2HLLhybridTHTEr2LZKTRP= P+P= VJA +RR(1+)R热离子热离子-温差热电混合发电系统的效率温差热电混合发电系统的效率2HLL2Lrhybrid44CBCCCB

11、AA0CAZKTRVJ+RRA(1+)R=(+2k T /q)J -(+2k T /q)J + (T -T )三、论文的研究特色与创新之处三、论文的研究特色与创新之处 (1)导出光伏电池电流密度与温差热电模块无导出光伏电池电流密度与温差热电模块无量纲电流的关联方程、混合发电系统的功率和效量纲电流的关联方程、混合发电系统的功率和效率表达式。率表达式。 (2)揭示了混合系统的性能特性。揭示了混合系统的性能特性。(3)优化了系统主要的性能参数、确定了混合优化了系统主要的性能参数、确定了混合系统的最优工作区间。系统的最优工作区间。(4)给出了光伏电池与温差热电模块的负载匹给出了光伏电池与温差热电模块的

12、负载匹配。以上所获得的结论可为实际光伏配。以上所获得的结论可为实际光伏-温差热电混温差热电混合系统的优化设计和运行提供理论指导。合系统的优化设计和运行提供理论指导。四、论文的进度安排四、论文的进度安排 2013年1月-3月：查阅文献，收集、整理资料2013年3月-6月：在所整理资料基础上对光伏发电理论进行较为系统的研究2013年7月-9月：在所整理资料基础上对半导体温差热电技术进行较为系统的研究2013年10月-11月：在前面研究的基础上建立光伏-温差热电混合发电系统的数学模型，对光伏电池、温差热电模块和混合发电系统的功率和效率的数学表达式进行理论推导2013年12月-1月：撰写论文，利用ma

13、tlab等工具进行理论模拟，分析系统的性能特性2014年2月-3月：修改论文2014年4月-6月：论文答辩五、主要参考文献五、主要参考文献1 于红云于红云,李艳秋李艳秋,尚永红尚永红,等等.光伏光伏-温差混合能源的优化设计与实验研究温差混合能源的优化设计与实验研究J,太阳能学报太阳能学报, 2009, 30(4): 436440.2 杨涛杨涛,韩玉阁韩玉阁,谭洪谭洪,等等.热光伏发电系统水冷散热特性研究热光伏发电系统水冷散热特性研究J,热能动力工程学报热能动力工程学报, 2011, 26(4): 461498.3 Royne A, Dey CJ, Mills DR.Cooling of pho

14、tovoltaic cells under concentrated illumination: a critical review J. Solar Energy & Materlals Solar Cells, 2005, 86(4): 451483.4 Chou SK, Yang WM, Chua KJ, et al. Development of micro power generators A review J. Applied Energy, 2011, 88(1):116.5 Zondag H A. Flat-plate PV-Thermal collectors and

15、 systems: a review J.Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2008, 12(4): 891959.6 Muhtaroglu A, Yokochi A, Von Jouanne A. Integration of thermoelectrics and photovoltaics as auxiliary power sources in mobile computing applications J. Power Sources, 2008, 177(1):239246.7 van Sark W G J H M. Feas

16、ibility of photovoltaic Thermoelectric hybrid module J.Applied Energy, 2011, 88(8): 27852790.8 Ghoneim Adel A, Al-Hasan Ahmad Y, Abdullah Ali H. Economic analysis of photovoltaic-powered- solar domestic hot water systems in Kuwait J, RENE-WABLE ENERGY, 2002, 25(1):81100.9 杜慧杜慧,林永君林永君,张少伟张少伟.太阳能光伏电池输

17、出特性分析与仿真研究太阳能光伏电池输出特性分析与仿真研究A.2008系统仿真技术及系统仿真技术及其应用学术会议论文集其应用学术会议论文集c,北京北京:中国学术期刊电子出版社中国学术期刊电子出版社,2008,341344.10 Yu G J, Jung Y S, Choi J Y, et al. A novel two mode MPPT control algorithm based on comparative study of existing algorithms J, SOLAR ENERGY, 2004,76(4): 45446311 林比宏林比宏,陈晓航陈晓航,陈金灿陈金灿.太阳能

18、驱动半导体温差发电器性能参数的优太阳能驱动半导体温差发电器性能参数的优化设计化设计J, 太阳能学报太阳能学报, 2006,27(10):10211026.12 Yuzhuo Pan, Bihong Lin, Jincan Chen. Performance analysis and parametric optimal design of an irreversible multi-couple thermoelectric refrigerator under various operating conditions J, Applied Energy, 2007, 84 (9): 862872.13 Ahmet Z. Sahin, Bekir S.Yilbas.The influence of operating and device parame