Гибридная система, преобразующая солнечную энергию в электрическую

Автор: Исманов Ю. Х., Ниязов Н. Т., Джаманкызов Н. К.

Журнал: Бюллетень науки и практики @bulletennauki

Статья в выпуске: 9 т.7, 2021 года.

Бесплатный доступ

В статье рассматривается математическая модель гибридной системы, объединяющей фотоэлектрический и термоэлектрический методы преобразования концентрированной солнечной энергии в электрическую. Указанная математическая модель позволяет определять температуры фотоэлектрического модуля, а также температуры электродов модуля термоэлектрического генератора. Оптимальные рабочие условия были определены для гибридной системы с учетом теплового контактного сопротивления на горячей и холодной сторонах термоэлектрического генератора. При моделировании исходили из того факта, что только часть поглощенного солнечного излучения преобразуется в электричество за счет фотоэлектрического эффекта, некоторая часть теряется за счет излучения и конвекции с верхней поверхности фотоэлектрического модуля в окружающую среду, а остальная часть передается в термоэлектрический генератор, присоединенный к нижней части фотоэлектрического модуля. Термоэлектрический генератор преобразует часть тепловой энергии, которую он получает от фотоэлектрического модуля, в электричество посредством эффекта Зеебека, но большая ее часть уходит в систему охлаждения. В основе преобразования тепла в электрическую энергию учитывали хорошо известные эффекты Зеебека и Пельтье. Наряду с этими эффектами были учтены такие эффекты, как формирование джоулева тепла из-за наличия электрического тока в термоэлектрическом генераторе, теплопроводности Фурье, как следствия возникновения градиента температуры в переходах термоэлектрического генератора и тепла Томсона, которое возникает как из-за присутствия градиента температуры, так и электрического тока. Полученная модель гибридной системы позволяет исследовать влияние изменения разницы температур между горячим и холодным электродами термоэлектрического генератора и сопротивлений внешней цепи на производительность гибридной системы. Модель позволяет также определять оптимальные рабочие условия для гибридной системы с учетом теплового контактного сопротивления на горячей и холодной сторонах термоэлектрического генератора

Еще

Гибридная система, фотоэлектрический преобразователь, термоэлектрический преобразователь, солнечная энергия, концентратор, выходная мощность.

Короткий адрес: https://sciup.org/14119591

IDR: 14119591 | DOI: 10.33619/2414-2948/70/01

Список литературы Гибридная система, преобразующая солнечную энергию в электрическую

Chow T. T. A review on photovoltaic/thermal hybrid solar technology // Applied energy. 2010. V. 87. №2. P. 365-379. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2009.06.037
Kraemer D., McEnaney K., Chiesa M., Chen G. Modeling and optimization of solar thermoelectric generators for terrestrial applications // Solar Energy. 2012. V. 86. №5. P. 1338-1350. https://doi.org/10.1016/j.solener.2012.01.025
Gou X., Xiao H., Yang S. Modeling, experimental study and optimization on lowtemperature waste heat thermoelectric generator system // Applied energy. 2010. V. 87. №10. P. 3131-3136. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2010.02.013
Van Sark W. Feasibility of photovoltaic–thermoelectric hybrid modules // Applied Energy. 2011. V. 88. №8. P. 2785-2790. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.02.008
Moh'd A A. N., Tashtoush B. M., Jaradat A. A. Modeling and simulation of thermoelectric device working as a heat pump and an electric generator under Mediterranean climate // Energy. 2015. V. 90. P. 1239-1250. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.06.090
Wang N., Han L., He H., Park N. H., Koumoto K. A novel high performance photovoltaic thermoelectric hybrid device // Energy & Environmental Science. 2011. V. 4. №9. P. 3676 3679. https://doi.org/10.1039/C1EE01646F
Hsueh T. J., Shieh J. M., Yeh Y. M. Hybrid Cd‐free CIGS solar cell/TEG device with ZnO nanowires // Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 2015. V. 23. №4. P. 507 512. https://doi.org/10.1002/pip.2457
Zhang J., Xuan Y., Yang L. Performance estimation of photovoltaic thermoelectric hybrid systems // Energy. 2014. V. 78. P. 895 903. https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.10.087
Liao T., Lin B., Yang Z. Performance characteristics of a low concentrated photovoltaic thermoelectric hybrid power generation device // International Journal of Thermal Sciences. 2014. V. 77. P. 158 164. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2013.10.013
Dallan B. S., Schumann J., Lesage F. J. Performance evaluation of a photoelectric thermoelectric cogeneration hybrid system // Solar Energy. 2015. V. 118. P. 276 285. https://doi.org/10.1016/j.solener.2015.05.034
Wu Y. Y., Wu S. Y., Xiao L. Performance analysis of photovoltaic thermoelectric hybrid system with and without glass cover // Energy Conversion and Management. 2015. V. 93. P. 151 159. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2015.01.013
Lin J., Liao T., Lin B. Performance analysis and load matching of a photovoltaic thermoelectric hybrid system // Energy Conversion and Management. 2015. V. 105. P. 891 899. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2015.08.054
Ismail K. A. R., Goncalves M. M. Thermal performance of a PCM storage unit // Energy conversion and management. 1999. V. 40. №2. P. 115 138. https://doi.org/10.1016/S01968904(98)00042 9
Huang M. J., Eames P. C., Norton B. Thermal regulation of building integrated photovoltaics using phase change materials //International Journal of heat and mass transfer. 2004. V. 47. №12 13. P. 2715 2733. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2003.11.015
Huang M. J., Eames P. C., Hewitt N. J. The application of a validated numerical model to predict the energy conservation potential of using phase change materials in the fabric of a building // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2006. V. 90. №13. P. 1951 1960. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2006.02.002
Huang M. J., Eames P. C., Norton B. Phase change materials for limiting temperature rise in building integrated photovoltaics // Solar Energy. 2006. V. 80. №9. P. 1121 1130. https://doi.org/10.1016/j.solener.2005.10.006
Maiti S., Banerjee S., Vyas K., Patel P., Ghosh P. K. Self regulation of photovoltaic module temperature in V trough using a metal wax composite phase change matrix // Solar energy. 2011. V. 85. №9. P. 1805 1816. https://doi.org/10.1016/j.solener.2011.04.021
Aelenei L., Pereira R., Gonçalves H., Athienitis A. Thermal performance of a hybrid BIPV PCM: modeling, design and experimental investigation // Energy Procedia. 2014. V. 48. P. 474 483. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.02.056
Malvi C. S., Dixon Hardy D. W., Crook R. Energy balance model of combined photovoltaic solar thermal system incorporating phase change material // Solar Energy. 2011. V. 85. №7. P. 1440 1446. https://doi.org/10.1016/j.solener.2011.03.027
Zhang P., Li Q., Xuan Y. M. Thermal contact resistance of epoxy composites incorporated with nano copper particles and the multi walled carbon nanotubes // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2014. V. 57. P. 1 7. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2013.10.022
Kraemer D., Poudel B., Feng H. P., Caylor J. C., Yu B., Yan X. et al. High performance flat panel solar thermoelectric generators with high thermal concentration // Nature materials. 2011. V. 10. №7. P. 532 538. https://doi.org/10.1038/nmat3013
Ma T., Yang H., Zhang Y., Lu L., Wang X. Using phase change materials in photovoltaic systems for thermal regulation and electrical efficiency improvement: a review and outlook // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015. V. 43. P. 1273 1284. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.12.003
Исманов Ю. Х., Ниязов Н. Т., Джаманкызов Н. К., Жумалиев К. М. Термоэлектронное преобразование солнечной энергии с использованием гетероструктурного катода // Бюллетень науки и практики. 2020. Т. 6. №9. С. 211 221. https://doi.org/10.33619/2414 2948/58/21
Исманов Ю. Х. Интерферометрия на основе метода бесщелевой радужной голографии // Вестник Кыргызского государственного университета строительства, транспорта и архитектуры им. Н.Исанова. 2015. №4(40). С. 194 198.
Исманов Ю. Х. Голографическая интерферометрия на основе эффекта Тальбота // Известия Национальной академии наук Кыргызской республики. 2015. №2. С. 20 23.
Maripov A. R., Ismanov Y. The Talbot effect (a self imaging phenomenon) in holography // Journal of optics. 1994. V. 25. №1. P. 3 8. https://doi.org/10.1088/0150 536X/25/1/001
Исманов Ю. Х., Джаманкызов Н. К., Тынышова Т. Д., Алымкулов С. А. Восстановление бесщелевой радужной голограммы когерентной волной // Материалы VII Международной конференции по фотонике и информационной оптике: сборник научных трудов. М., 2018. С. 596 597.

Еще

Статья научная