光伏—熱電復(fù)合系統(tǒng)性能優(yōu)化的理論研究.pdf

1、當(dāng)今環(huán)境污染與能源危機(jī)日趨嚴(yán)重，太陽(yáng)能作為一種新型綠色可再生能源，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為世界各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)。本文從太陽(yáng)能的光伏利用，熱利用以及復(fù)合利用出發(fā)闡述了國(guó)內(nèi)外對(duì)太陽(yáng)能研究利用的進(jìn)展，研究了太陽(yáng)能光電和熱電轉(zhuǎn)化的機(jī)理，并在此基礎(chǔ)上對(duì)光伏-熱電復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行了研究。
　　首先，本文從傳熱學(xué)的方法出發(fā)對(duì)光伏-熱電復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行研究，建立復(fù)合系統(tǒng)溫度分布的數(shù)學(xué)模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的熱電材料構(gòu)建的復(fù)合系統(tǒng)，并不能使其系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化效率獲得提升。

2、特別是在聚光條件下，復(fù)合系統(tǒng)的效率比單一太陽(yáng)能電池的效率還要低。且差距隨著聚光倍數(shù)的增大而增大。若想使得復(fù)合系統(tǒng)的效率得到顯著提升則需要從熱電材料出發(fā)，尋找具有高熱電優(yōu)值的熱電材料，即低熱導(dǎo)率，高電導(dǎo)率及高Seebeck系數(shù)的材料。
　　其次，利用熱力學(xué)方法分析復(fù)合系統(tǒng)，并建立兩種數(shù)學(xué)模型:第一種是系統(tǒng)總效率為太陽(yáng)能電池和熱電模塊最優(yōu)效率之和的分立優(yōu)化模型，多數(shù)研究者采用類似的模型對(duì)復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行研究;第二種是將太陽(yáng)能電池和熱電模塊

3、作為整體計(jì)算系統(tǒng)總效率的整體優(yōu)化模型。通過(guò)對(duì)幾類商業(yè)化的太陽(yáng)能電池所構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)的比較和研究發(fā)現(xiàn)，分立模型的計(jì)算結(jié)果明顯高于真實(shí)值，這是由于太陽(yáng)輻照的有限性，能夠進(jìn)入復(fù)合系統(tǒng)，特別是熱電模塊的能流密度不可能無(wú)限大，使得熱電模塊效率無(wú)法達(dá)到理想條件下的最優(yōu)值，因此分立優(yōu)化模型是錯(cuò)誤的。整體優(yōu)化模型根據(jù)復(fù)合系統(tǒng)的工作特性，如:入射太陽(yáng)輻照強(qiáng)度、熱電模塊構(gòu)成及幾何尺寸、模塊之間熱學(xué)特性等，得出了更為準(zhǔn)確的結(jié)果，并且發(fā)現(xiàn)低溫度系數(shù)和低效率的太