基于PbSe量子点荧光集光器的太阳能发电系统的结构设计与仿真研究

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近年来,随着能源问题及其所造成的环境问题的日益突出,人们开始致力于寻找一种新型的可再生清洁能源。其中太阳能作为一种储量丰富,取之不尽的清洁绿色能源,开始引起了很多人的重视。在太阳能的利用中,太阳能发电是近些年研究和发展的热点。但由于现在所使用的光电转换材料的光电转换效率比较低,使其与传统石化能源相比,成本过高,缺乏竞争力。所以阻碍了太阳能发电的进一步利用和推广。因此,开发高光电转换效率的新型材料,利用新技术降低太阳能发电的成本、提高太阳能发电的性价比是推广利用太阳能的重要研究方向。目前的研究和发展趋势表明,量子点材料由于其特有的量子尺寸效应和介电限域效应等,可以产生多激子,降低光生热载流损耗和有广域的吸收光谱等性质,使光电转换效率可以得到大幅提升,因此如果可以掌握所需量子点的合成与性质研究,就可以是现有的太阳能利用的成本得到降低。本文首先论述了现在太阳能发电的发展状况,并提出了量子点材料太阳能发电集光器的概念,分析了量子点的性质与研究发展情况,并提出了PbSe量子点在太阳能发电利用上的优势。最后采用William Yu的方法合成了不同尺寸的PbSe量子点,并测量了其吸收和光致发光光谱。用2.8nm尺寸的PbSe量子点作为太阳能荧光集光器的集光介质,利用一种简单、便捷的Monte Carlo模拟方法,成功模拟了基于PbSe量子点的太阳能荧光集光太阳能发电系统。并得出了各种优化的参数特性,如采用的量子点的浓度,荧光集光器件的几何参数,并对此系统的光学效率进行了模拟,得出光学效率可以达到35.5%。又简单介绍了太阳能追踪控制装置,因为采用太阳能智能跟踪控制装置,可以使集光面始终正对太阳照射方向,提高光能利用率,而且控制装置拥有自动保护程序,可以在大风等恶劣天气中,根据程序自动将集光组件收平,防止被大风损坏。最后介绍了太阳能发电系统的两种利用方式,并根据本文设计计算了本文太阳能发电系统成本对比,计算表明利用本文的PbSe量子点的太阳能发电成本可以降低21.79%。
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