作者介紹

甄景龍，工程師，主要研究方向?yàn)殡姍C(jī)控制新技術(shù)研究。

楊逸帆，工程師，主要研究方向?yàn)槭鹿收显\斷和模型仿真。

張維華，助教，主要研究方向?yàn)樾履茉窗l(fā)電技術(shù)。

研究背景

半導(dǎo)體溫差發(fā)電器利用熱電材料在溫度差作用下發(fā)生的熱電效應(yīng)產(chǎn)生電流，從而將熱能轉(zhuǎn)換為電能。因此在吸熱的過程中，溫差發(fā)電器的熱端溫度及溫度分布的均勻性和穩(wěn)定性，將直接影響溫差發(fā)電的性能。

在光熱聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中，照射到光伏電池表面的輻射能小部分轉(zhuǎn)化為電能，其余大部分轉(zhuǎn)化為熱量。導(dǎo)熱介質(zhì)帶走光伏電池組件背面的熱量，電池板的溫度降低，光電轉(zhuǎn)換效率提高，并且還能收集熱能。

由于光熱-耦合系統(tǒng)存在輸出功率低以及傳熱效果差等問題，本文針對(duì)光熱-耦合系統(tǒng)的性能進(jìn)行深入的分析。

論文所解決的問題及意義

本文針對(duì)陰影遮擋光伏發(fā)電面積而造成溫差器件受熱不均勻的問題，利用有限元分析法建立溫度場的分布情況，分析光伏電池的遮擋面積分別為0.02m2、0.12m2、0.22m2，溫差器件的輸出電壓、電流、內(nèi)阻以及功率的變化規(guī)律，為光熱耦合發(fā)電系統(tǒng)的研究提供參考依據(jù)。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

本文制作三塊遮光蓋板來模擬局部陰影遮擋的面積，三塊遮光蓋板的面積分別為0.02m2、0.12m2、0.22m2。如圖1所示，紅色表示陰影遮擋光伏發(fā)電面積的溫差受熱面積，藍(lán)色表示非陰影遮擋光伏發(fā)電面積的溫差受熱面積。

圖1 溫差器件的受熱狀況

從圖1中分析可知，光伏電池的遮擋面積的增多，溫差器件的陰影受熱面積同時(shí)增大。陰影區(qū)和非陰影區(qū)的溫差器件受熱面溫度分布均勻，從而保持溫差器件的均衡性。

根據(jù)溫差器件模型的相關(guān)參數(shù)以及試驗(yàn)環(huán)境的溫度、太陽輻射強(qiáng)度、溫差器件的表面溫度等數(shù)據(jù)。為能夠研究非陰影區(qū)與陰影區(qū)溫度場的變化規(guī)律，選用光伏電池的遮擋面積為0.02m2作為其試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，利用有限元分析法建立起溫差器件的溫度場模型，如圖2所示的模擬溫差器件陰影區(qū)受熱面和非陰影區(qū)受熱面的溫度場變化情況。

圖2 模擬溫差器件溫度場的變化

結(jié)論

本文針對(duì)光伏電池的表面遮擋而造成光伏背面的P-N結(jié)溫差器件受熱不均勻的問題，采用有限元分析法分析溫差器件溫度場的分布狀況，建立溫度場的模型，分析其溫差器件的性能數(shù)值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：內(nèi)阻與光伏電池的遮擋面積和溫度差無關(guān)；開路電壓與光伏電池的遮擋面積和溫度差近似地呈正相關(guān)；光熱轉(zhuǎn)換效率與光伏電池的遮擋面積和溫度差呈負(fù)相關(guān)。

引用本文

張維華, 楊逸帆, 趙兵兵, 甄景龍, 康迪. 局部陰影下光熱耦合發(fā)電系統(tǒng)的溫差性能數(shù)值分析[J]. 電氣技術(shù), 2022, 23(4): 48-54. ZHANG Weihua, YANG Yifan, ZHAO Bingbing, ZHEN Jinglong, KANG Di. Numerical analysis of temperature difference performance of photothermal coupled power generation system under partial shadow. Electrical Engineering, 2022, 23(4): 48-54.