太阳能全光谱利用方法研究+文献综述(3)
除了增加光伏电池的利用光谱范围，将光伏电池与太阳能集热器结合，对电池中的热能进行直接利用，也可以有效提高能量的综合利用率。文献[8]提出了一种光伏-光热复合(PV/T)系统，将小型贮能型光伏系统与平板太阳能热水器结合。文献[9]提出了一种太阳能聚光分频利用的热电联产系统，用全反射聚光器把太阳辐射集中到二次反射分光板上；分光板用限频反射法将太阳辐射按频率为两部分：短波及可见光部分被分频器反射导向到光电池板，用于光伏发电，长波部分被分频器透过导向到集热器。
光伏与光热的复合系统以热能的形式利用电池板上的余热，但是对系统发电效率的提升不够明显。如果将温差发电器件与光伏组件结合，则可以将余热转化为热能利用，提高。下图给出一种光伏热电复合系统的结构图：
图1.2 光伏热电复合系统基本结构
光伏热电(PV-TE)复合系统的基本结构是将一组串联的热电材料安装在光伏电池的背侧，热电器件热端与光伏电池接触，冷端与散热器接触，热能流经热电器件，通过热电转换，以电能的形式输出；文献[10]建立了系统热力学模型并分析其性能：按照热电优值ZT=1.2计算，复合系统的发电效率较单纯的光伏系统可提高23%；实验结果显示，实际复合系统的年发电量可提高11%~14.7%；如果热电材料的热电优值提高到0.01K-1，则系统效率可提升50%。文献[11]设计并制作了一套光伏/热电复合系统，在北京地区进行了室外模拟实验，结果表明，相对于单纯的光伏发电系统，PV-TE系统单位面积发电量可提高5%~15%。文献[12]建立了更为详尽的计算模型，考虑了光伏电池盖板的反射、对流、辐射损失，热电模块效率损失等，并根据一文模型下能流输运特性计算了系统内各模块温度及其对转换效率的影响，认为通过改变热电器件的几何尺寸来提升复合系统效率效果并不理想，而提升半导体材料的物理特性，如降低电阻率或热导率，对效率的影响更大。文献[13]对比分析了有玻璃盖板与无玻璃盖板的光伏热电复合系统，并讨论了环境风速、冷却系统工质流速等因素对系统效率的影响。文献[14]建立了PV-TE复合系统的电学模型，研究了系统温度、环境温度等因素对其伏安特性、功率特性的影响。文献[15]建立了光伏-热电-光热复合系统，使用功能梯度材料包覆管道，以水为工质冷却光伏电池同时集热，系统输出功率可提升25–40%；通过控制水的流速以改变冷端温度，可以使热电组件发电量提升三倍。
另一类型的光伏热电复合系统采用聚光分频技术，将中高倍聚光的辐射进行分频，将短波辐射和可见光用于光伏发电，长波辐射用于加热热电器件的热端，进行热电转换。文献[16]建立了基于聚光分频原理的复合系统模型，，并从分光波长的角度研究了PV-TE复合系统的效率优化问题。文献[17]就聚光分频型复合系统进行了详细讨论，研究了材料特性、聚光比、散热条件等因素对光伏子系统、热电子系统效率的影响。
1.2 课题研究目的及意义
随着光伏发电技术快速发展，光电转换效率不断提高，设备制造成本也在逐渐降低。同时，随着热电材料研究的不断深入，光伏热电复合系统已成为近年来的研究热点。现有的研究已经证明了该类系统的可行性和巨大的潜力。随着新型热电材料研究的深入，光伏热电复合系统的效率将得到极大的提升。对复合系统的各项参数进行深入分析，研究系统组成单元的能量匹配关系，进而对系统进行优化设计，可以有效地提高复合系统效率。
1.3 本文工作
第一章介绍了能源现状、开发新型可再生能源的重要意义，并着重介绍了太阳能光伏发电、太阳能热电转换的原理、优势以及太阳能全光谱利用的研究情况。
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