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前沿科技!下一代太阳能光热与光伏混合技术的效率极限

2021.02.10 来自:

太阳能是最丰富的可再生能源之一,有效的太阳能技术具有巨大的潜力,可以缓解不断增长的全球能源需求的挑战,同时减少相关的排放。太阳能能够分别通过光伏(PV)和太阳能(ST)技术满足各种最终用户的电能和热能需求。近来,已经提出了混合光伏-热(PVT)概念,其将PV和ST技术的优点协同结合,并且能够从相同的区域和组件同时发电和产生有用的热量。



太阳光谱被滤光片隔开,只有一部分光谱被发送到PV电池进行发电。不能被太阳能电池利用的光谱的其余部分被引导至吸热器以产生热能。


光谱分裂是设计高性能PVT太阳能集热器的一种新兴方法,该技术采用具有光学滤镜的先进设计,这些滤光器将太阳光谱的不同部分引导至PV电池发电或传至热吸热器以产生热量。尽管如此,根据应用和最终用户的需求,分光PVT(SSPVT)集热器的最终效率极限,以及使我们能够达到这些极限的最佳集热器设计,以及PV电池和光学滤光片材料仍然不清楚。由于在该领域缺乏共识,因此促使人们进一步研究SSPVT技术的这些方面。


近日,由英国伦敦帝国学院的ChristosN.Markides和Gan Huang与来自中国浙江大学的Kai Kai合作,在《光科学与应用》上发表的一篇论文。论文阐述了一个预测此类集热器性能的综合框架,该框架可用于确定其效率极限;并为选择最佳的PV材料,以及能够提供接近该技术效率极限的热电性能组合的最佳光谱分离滤波器,提供详细指导。


论文表示:我们发现,热能与电的相对值对SSPVT集热器的总有效效率极限,最佳的PV电池材料和最佳的分光滤光片有重大影响。


CIGS太阳能电池(一种新的能源材料)由于带隙能量可调,因此被认为特别适合SSPVT集热器应用。而光谱分离滤光片的最佳上下限,在很大程度上取决于PV材料。


我们研究中的详细步骤,可以帮助设计人员根据条件和应用选择合适的太阳能电池材料和分光滤光片,从而实现最佳的整体性能,同时考虑到由它们产生的能量矢量(电和热)系统。




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