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太阳能全光谱利用的效率极限和设计,你能看懂吗?

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太阳能全光谱利用的效率极限和设计,你能看懂吗?

      太阳能是一种充足的清洁可再生能源。目前主要通过光热或光伏技术对太阳能进行转化利用。其中,光伏由于可以直接将太阳能转化为电能,近些年受到了极大的关注。

 
     然而,光伏发电只能利用特定波长范围的太阳能光谱。例如:常见的硅光伏电池只能部分利用波长小于1100nm的光谱,这使得目前市场上硅光伏电池板的效率仅为20%左右。大部分太阳能都在光伏电池中耗散为废热,导致光伏电池过热,从而影响光伏的工作效率和使用寿命。
 
     单一的光伏发电或单一的光热发电技术均具有一定的不足。太阳能全光谱的综合高效利用技术是亟待解决的科学难题。
 
     传统的太阳能综合光电/光热(PV/T)收集器是通过在光伏板背面安装换热器来收集太阳能电池中的废热,并同时产出电能和热能,从而大幅提升综合效率。然而,传统的PV/T收集器所能产生的热能的温度较低(仅60-80摄氏度),极大限制了该技术的应用和推广。
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     不同的光伏电池所对应的系统效率极限不同。为了实现系统效率的最大化,需要根据不同的应用场合来选择不同的光伏材料。现有的商用光伏材料中,碲化镉(CdTe),砷化镓(GaAs),和铜铟镓硒(GIGS)薄膜电池更加适用于基于光谱分裂的太阳能全光谱利用系统。
 
     为了实现系统效率的最大化,除了选择合适的光伏材料以外,还需要确定最优的光谱分裂的光学参数。最佳的光学参数取决于热能与电能的相对价值。热能的相对价值越高,则越多的光谱被分配到集热器。根据具体的应用场景合理地分配光谱,可使得系统的综合效率最大化。通过合理地设计,基于光谱分裂的太阳能全光谱利用系统的综合效率大于单一的光伏或光热技术的效率。