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光伏 光热混合发电 ( PVT )的概念已存在 30 多年。然而,由于光伏太阳能电池的效率较低,PV/T 在经济上不可行。在过去的十年中,PV/T 已经开始增长,这可以从国际能源协会 (IEA) 专门针对 PV/T 的任务 35 中看出。[1]

PV/T 系统背后的想法是用冷却剂(通常是水或空气)冷却光伏 (PV) 太阳能电池板,然后使用多余的热量来加热水箱或为房屋预热。应该注意的是,光伏太阳能电池的输出随着电池温度高于 STC 25°C 的增加而降低。[2]因此,PV/T 非常有趣,因为它将提高光伏电池的效率和使用率从电池发出的热量。还应该注意的是,太阳能热系统的吸收器喜欢热,因为冷却剂和吸收器的温差越大,传热就越大。因此,优化 PV/T 的设计并非易事。

通常,在 PV/T 系统中,吸收器是 PV,它会引起问题,因为 PV 电池喜欢冷,而吸收器喜欢热。目前的文献中,设计都是尽可能地冷却PV,而忽略了提高PV/T系统的太阳能集热部分的效率。[3]在这个研究项目中,正在设计一种光伏电池,它在热时工作得更好,从而优化 PV/T 系统的光伏和热部件。

选择的光伏材料是非晶硅,这是由于其特性。首先,非晶硅受到施泰布勒-朗斯基效应(SWE)的影响。当非晶硅暴露在阳光下时,会形成更多数量的复合,从而导致更高的缺陷密度,称为 SWE。这降低了电池的效率。材料越厚,复合的可能性就越大,这就是非晶硅电池厚度仅为 200-500 nm 的原因。但是,如果将电池在 150°C 下退火 4 小时,则可以将电池效率恢复到初始状态。电池在 25°C 下退火非常缓慢。[4]与所有电池一样,非晶硅的效率会随温度而降低,但非晶硅仅以 0.1%/C 的速度降低,这低于大多数其他电池。这成为 PVT 的主要选择。

项目介绍

该项目的第一阶段是调试 PVMeasures AAA 太阳能模拟器和 QE 机器。这已经完成并编写了协议。更困难的一步是找到接收样品的来源,这也是项目延误的主要原因。期望的厚度系列范围为 200-2000 nm。

下一阶段是确定完成该项目所需的各种测试。委托 Thermo Fisher 热水循环器将电池在测试平台上加热至所需温度。管道和测试平台被隔热以防止热量损失。对加热系统进行测试以确定产生平台所需温度所需的浴槽温度。

下一步是确定太阳能热平板集热器中吸热板的温度范围。这是通过查找 SRCC 测试的系统的效率和损耗因数并进行反算来完成的。结果发现,温度范围从 40 摄氏度到 130 摄氏度不等,具体取决于系统和所使用的冷却剂。测试的确切温度仍在确定中。一个争论是是否在停滞温度(180°C)下测试细胞。此外,IEC 60904 标准即将推出,以确保测试符合要求。

一旦测试工作完成并且样品到达,第一步就是对所有电池完成 IV 和 QE 测试,以确定它们的初始属性。下一步将测试各种厚度和温度,并降解电池直至其稳定。稳定后,另一次量化宽松测试将完成。将创建并使用宏来加速数据分析。

在该测试完成的同时,将对细胞进行 D-AMPS 建模,以确定细胞降解时的特性。一旦完成所有测试并选择最佳厚度,就可以在现实生活中对电池进行测试,以确定波动的温度和辐照度是否会影响稳定性。

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来源

摘要
人们对光伏光热 (PVT) 混合系统重新产生了兴趣,该系统收集太阳能以产生热量和电力。通常,PVT 系统的主要焦点是冷却光伏 (PV) 电池以提高电气性能,然而,这会导致热组件的性能低于太阳能集热器。非晶硅 (a-Si:H) 的低温度系数允许光伏电池在更高的温度下运行,并且是更具共生性的 PVT 系统的潜在候选者。a-Si:H PV 的根本挑战是光引起的退化,称为 Staebler-Wronski 效应 (SWE)。幸运的是,SWE 是可逆的,如果电池退火,a-Si:H PV 效率可以恢复到其初始状态。因此,有机会将a-Si:H直接沉积在太阳能吸热板上,电池可以达到退火所需的高温。

在这项研究中,我们通过实验探索了这个机会。第一个 a-Si:H PV 电池在 100°C 下退火 1 小时,周期为 12 小时,剩余时间电池在 50°C 下降解,以模拟 PVT 系统每天一次的停滞 1 小时。结果发现,当比较在正常 50°C 降解稳定后的电池时,与仅在 50°C 降解的电池相比,这种退火顺序导致了 10.6% 的能量增益。

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抽象的

从历史上看,混合太阳能光伏热 (PVT) 系统的设计重点是冷却基于晶体硅 (c-Si) 的光伏 (PV) 设备,以避免与温度相关的损失。这种方法忽略了热系统中的相关性能损失,并导致系统整体火用的降低。因此,本文探讨了使用氢化非晶硅 (a-Si:H) 作为 PVT 吸收材料,以努力维持热系统更高、更有利的工作温度。非晶硅不仅具有比晶硅更小的温度系数,而且还可以通过退火消除 Staebler-Wronski 效应中的缺陷态,在长时间的高温下表现出改进的光伏性能。为了确定与通过更高的工作温度而增加 i 层厚度相关的 a-Si:H PV 性能的潜在改进,a-Si:H PV 电池在 1 个太阳光照 (AM1.5) 下进行了测试温度为 25 o C (STC)、50 o C(典型 PV 工作条件)和 90 o C(典型 PVT 工作条件)。在各个温度下对 i 层厚度为 420、630 和 840 nm 的光伏电池进行了评估。结果表明,与在 PV 或 PVT 工作温度下工作的较薄电池相比,在 90 o C 下工作的 a-Si:H 基光伏电池(其 i 层比目前商业生产中使用的电池更厚)可提供更大的功率输出。这些结果表明,在PVT系统中加入a-Si:H作为吸收材料可以提高热性能,同时提高a-Si:H基PV的电性能。

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也可以看看

媒体上有关 a-Si PVT 的故事

引文

  1. ^ IEA SHC 任务 35“光伏/热太阳能系统”。http://www.pv-t.org/
  2. ^ 周TT. 应用能源 87 (2010) 365–379
  3. ^ SC Solanki 等人。应用能源 86 (2009) 2421–2428。
  4. ^ M. Shima 等人。太阳能材料与太阳能电池85(2005)167–175
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