熱光伏技術(shù)在飛行器再入過(guò)程中的應(yīng)用和選擇性輻射器的研制.pdf

1、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文熱光伏技術(shù)在飛行器再入過(guò)程中的應(yīng)用和選擇性輻射器的研制姓名：耿雪申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專(zhuān)業(yè)：工程熱物理指導(dǎo)教師：葉宏20110531第1章緒論1第1章緒論第1章緒論1.1熱光伏基本理論熱光伏基本理論太陽(yáng)能光伏發(fā)電的研究歷史已經(jīng)有二百多年，早在1800年博克來(lái)氏就發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體材料接受光照后會(huì)產(chǎn)生伏安特性的改變，從而發(fā)現(xiàn)了光伏效應(yīng)，并將此半導(dǎo)體制成電池。但是隨著科學(xué)研究的發(fā)展，太陽(yáng)能的缺點(diǎn)和局限性也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，主要有

2、以下幾方面：(1)發(fā)電量受太陽(yáng)輻照等氣候條件的影響較大，在晚上或者陰雨天的情況下不能或很少能發(fā)電；(2)發(fā)電存在間歇性和隨機(jī)性，并網(wǎng)困難；(3)能量密度低，標(biāo)準(zhǔn)條件下，地面接收的太陽(yáng)輻照是1000Wm2，按效率16%（有聚光的太陽(yáng)能電池）來(lái)計(jì)算，太陽(yáng)能光伏電池的發(fā)電功率密度僅為0.016Wcm2；(4)能量來(lái)源單一，且可利用的太陽(yáng)光譜波段較窄。基于太陽(yáng)能光伏的這些缺點(diǎn)，學(xué)者開(kāi)始嘗試研究適用于紅外和近紅外波段的光電轉(zhuǎn)化的光伏技術(shù)，也就是熱

3、光伏技術(shù)（thermophotovoltaicTPV）[14]。該技術(shù)是一種將紅外或近紅外輻射能通過(guò)半導(dǎo)體PN結(jié)直接轉(zhuǎn)換成電能的技術(shù)。這種技術(shù)的原理與太陽(yáng)能電池大致相同，只是在光譜響應(yīng)波段方面有所區(qū)別。太陽(yáng)能光伏電池（photovoltaicPV）主要針對(duì)可見(jiàn)光范圍能量，其響應(yīng)波段為4001100nm。熱光伏電池的響應(yīng)波段是8002000nm，主要是紅外波段。在熱光伏系統(tǒng)中，輻射器的工作溫度一般只有一千多度，但由于輻射器與電池之間的距離

4、只有幾個(gè)厘米，根據(jù)輻射定律，輻射能量密度正比于輻射溫度的四次方，反比于距離的二次方，即便TPV系統(tǒng)輻射源的溫度較低，但由于距離充分小，其輻射能量密度仍為太陽(yáng)能電池的幾倍到幾十倍。無(wú)聚光的太陽(yáng)能系統(tǒng)中電池接收的熱流密度約為0.1Wcm2，而在TPV系統(tǒng)中可達(dá)530Wcm2[5]。已知最早的TPV系統(tǒng)是在1956年，由美國(guó)麻省理工大學(xué)林肯實(shí)驗(yàn)室的Zwerdling[6]等制造，采用硅電池作為光電轉(zhuǎn)換元件。Zwerdling推斷系統(tǒng)輸出功率密