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平板集热太阳热电器件建模及结构优化

刘磊 张锁良 马亚坤 吴国浩 郑树凯 王永青

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平板集热太阳热电器件建模及结构优化

刘磊, 张锁良, 马亚坤, 吴国浩, 郑树凯, 王永青

Modelling and structure optimization of flat-panel thermal concentrated solar thermoelectric device

Liu Lei, Zhang Suo-Liang, Ma Ya-Kun, Wu Guo-Hao, Zheng Shu-Kai, Wang Yong-Qing
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  • 太阳能热电转换是光伏效应外另一种直接将太阳辐射转变为电能的途径, 近年来已经成为太阳能利用的热点之一. 本文以Bi2Te3材料为基础构建平板集热太阳热电器件模型, 采用有限元法分析AM1.5辐射条件下器件温度分布情况, 并结合基于温度的物性参数计算集热比、热臂截面积与长度变化等因素对器件的开路电压、 最大输出功率及转化效率的影响. 研究发现: 集热比与热臂长度的变化对器件性能有显著影响, 热臂截面积的变化对器件转化效率影响相对较弱; 在这一模型中, 平板集热太阳热电器件的转化效率达到1.56%.
    Solar thermoelectric conversion is another way to convert solar radiation directly into electricity besides photovoltaic technology, and has become a new hot spot of solar energy utilization in recent years. In this paper a model of flat-panel thermal concentrated solar thermoelectric device is built based on the material of Bi2Te3. And finite element analysis is used to analyze the temperature distribution of the device under AM1.5 illumination. Furthermore, the influences of thermal concentration, cross section area and length of thermal legs on open voltage, maximum output power and conversion efficiency of the device are calculated based on temperature-dependent physical parameters. The results indicate that thermal concentration and length of thermal legs haved a significant influence on device performance, while the cross section area changes the conversion efficiency of device relatively weakly, and the conversion efficiency of the device reaches 1.56% in this model.
    • 基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 61204079);河北省自然科学基金 (批准号: F2011201045);河北省教育厅科学研究计划 (批准号: Z2010119)和河北大学自然科学研究计划 (批准号: 2009-171)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61204079), the Natural Science Foundation of Hebei Province, China (Grant No. F2011201045), the Research Project of Education Bureau of Hebei Province, China (Grant No. Z2010119) and the Natural Science Research Project of Hebei University, China (Grant No. 2009-171).
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-07-11
  • 修回日期:  2012-09-04
  • 刊出日期:  2013-02-05

平板集热太阳热电器件建模及结构优化

  • 1. 河北大学电子信息工程学院, 保定 071002
    基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 61204079);河北省自然科学基金 (批准号: F2011201045);河北省教育厅科学研究计划 (批准号: Z2010119)和河北大学自然科学研究计划 (批准号: 2009-171)资助的课题.

摘要: 太阳能热电转换是光伏效应外另一种直接将太阳辐射转变为电能的途径, 近年来已经成为太阳能利用的热点之一. 本文以Bi2Te3材料为基础构建平板集热太阳热电器件模型, 采用有限元法分析AM1.5辐射条件下器件温度分布情况, 并结合基于温度的物性参数计算集热比、热臂截面积与长度变化等因素对器件的开路电压、 最大输出功率及转化效率的影响. 研究发现: 集热比与热臂长度的变化对器件性能有显著影响, 热臂截面积的变化对器件转化效率影响相对较弱; 在这一模型中, 平板集热太阳热电器件的转化效率达到1.56%.

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