光伏-温差混合能源的优化设计与实验研究

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1、第30卷第4期太阳能学报V01.30.No.42009年4月ACrAENERGIAESOLARISSINIClAApt.,20O9光伏.温差混合能源的优化设计与实验研究于红云3,李艳秋2,尚永红,苏波(1.中国科学院电工研究所,北京100080;2.北京理工大学,北京100080;3.中国科学院研究生院,北京100049)摘要:提出一种混合能源的设计方法,以太阳电池为温差电池的高温端热源,采用散热器为温差电池低温端散热,使得温差电池高温端和低温端形成温差,成功产生了电能。该文对光伏.温差混合能源进行优化设计和

2、实验研究。实验结果发现,采用针肋散热器时,温差电池的开路电压大于采用肋片散热器时温差电池的开路电压;对比采用铝质散热器,采用铜质散热器时的温差电池开路电压容易出现较大波动性;采用24mm厚针肋铝质散热器时,温差电池的开路电压最大。温差电池通过DC/DC为超级电容器充电,当冷、热端温差在1.4~C时,工作电流为5.16mA,工作电压为0.41V,功率为2.1lmW。关键词:太阳电池;温差电池;散热器中图分类号:TK514文献标识码:A热硅胶与太阳电池背面粘合,吸收太阳电池的热量。0引昌温差电池低温端通过绝缘导热

3、硅胶与相同面积的散硅基太阳电池具有光电转换效率高、工艺技术热器粘合。成熟、性能稳定的优点,在大规模应用和工业生产中占据主导地位。硅基太阳电池吸收0.51.2pan波长的光能转化为电能,同时也有部分光能转化为热//\衄图一口太陶温阳瓷差电片池导N流型片材料能,而波长高于1.2ttm的光能则全部转化为热能⋯。一温差电池P型材料热能会使太阳电池温度升高。在环境温度较高的条口散热片件下,太能电池背面温度可高达70~C以上]。温差电池以塞贝克效应为理论根据,当冷、热端出现温差时将会有电能产生

4、4]。本文提出一种光伏一温

5、差混合能源的设计方法:以太阳电池作为温差电池的高温端热源,温差电池低温端采取散热器进行散热降温,使得温差电池高图1光伏一温差混合能源结构不意图温端、低温端形成温差,温差电池将能够产生电能。Fig.1Schematicillustrationofthephotovoltaic本文对光伏一温差混合能源进行优化设计,并进行了andthermoelectrichybridpower8OIlI~e实验研究,验证了光伏.温差混合能源具有可行性和太阳电池以单晶硅为光电转换材料,总面积为实用性。150mm×80mm,由12个

6、单体太阳电池串联而成,最大输出功率为1.034W。每个温差电池由126对电1设计考虑和实验方法臂组成,面积为30ram×30ram,每个电臂的尺寸为光伏.温差混合能源包括太阳电池、温差电池和2mm×2mm,电臂的高度为5mm。在混合能源中,采散热器,如图1所示。温差电池高温端通过绝缘导用了10个温差电池串联来提高输出电压。收稿日期:2OO7.10-25基金项目:国家高技术研究发展计划(863)项目(2006AA04Z345);国家自然科学基金(5O677068);长江学者和创新团队发展计划项目通讯作者:于红云

7、(1978一),女,研究生,主要从事光伏、温差发电等新型微能源方面的研究。yuhongyun@mail.iee.ac.cn4期于红云等:光伏.温差混合能源的优化设计与实验研究437光伏.温差混合能源的测试系统主要包含以下部分:数据采集卡A、接线端子板B、太阳辐照计c、小信号放大隔离转换模块D、Ptl00电阻温度传感器E、Ptl00电阻温度变送模块F、PC机G,如图2所示。混合能源中需要检测的物理量,如温度信号、电压信号、电流信号、辐照度信号,经过适当的变换后通过接线端子板B的接线端输入到数据采集卡A中,最后由

8、Pc机G进行数据处理。图3散热器厚度不同,温差电池冷、热端温差的比较Fig.3Comparisonoftemperaturediferencebetweenthehot-sideandthecold-sideofTEGusingheatsinkswithdiferentthickness》图2实验测试系统示意图Fig.2Schematicillustrationofexperimentaltestsystem锄馥2结果和讨论锄{{}lj散热器的冷却性能与其结构、尺寸和材质密切赠相关。在混合能源中,采用不同的散

9、热器将对温差电池的性能有不同影响。2.1散热器厚度对温差电池性能的影响混合能源s1s4采用了不同厚度的散热器,如图4散热器厚度不同,温差电池开路电压的比较rig.4ComparisonofopencircuitvoltageofTEGusingheat表1所示。sinkswit】=ldiferentthickness表1混合能源s1一s4采用的散热器规格Table1Specificationofhe

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