张 佳, 吴子华, 谢华清, 王元元, 赵 诚, 翟 涵

(上海第二工业大学 环境与材料工程学院,上海201209)

0 引言

能源短缺一直是制约国家经济和社会发展的主要问题,然而传统化石能源储量有限,并且化石能源燃烧过程中释放的化合物对大气环境会造成污染。在能源危机的背景下可持续能源研究的重要性日益凸显, 太阳能以其清洁无污染、储量丰富而备受关注[1-2]。光伏热电是基于光生伏特效应,将太阳能直接转化为电能的一种发电技术。然而, 光伏电池(PV) 对太阳光谱的利用存在局限性, PV 实际只能将紫外光和可见光的部分光谱转换为电能,红外光及其他部分的光谱全部转换为热能[3-4]。转换的热能使得PV 温度不断上升,进而降低PV 的性能[5-6]。热电发电是近年来备受关注的新型发电技术,它利用半导体材料的热电效应,将热能直接转换为电能,具有无污染、无需运动部件等优点[7-8]。许多学者对PV 与热电模块(TEG) 耦合进行了探究。Deng等[9]采用实验与理论模拟相结合的方式,探究了光伏热电耦合器件(PV-TE)输出情况, 实验结果表明耦合器件产生的电能是纯PV 的两倍。Park 等[10]通过实验研究了一种无损耦合,结果表明当温差达到15 ℃时耦合器件效率可达30%。Pang 等[11]设计了光伏热电耦合的实验系统,并搭载翅片散热器作为冷却装置。结果表明,相同冷却条件下,PV-TE降低了8.29 ℃,而纯PV 降低6.49 ℃,耦合TEG 有利于PV 散热。殷二帅等[12]构建了PV-TE 理论模型, 对耦合器件进行了热阻分析和优化。众多研究成果表明, PV 与TEG 耦合使得PV 产生的余热可以作为TEG 的热源,实现了能源的梯级利用。……