Повышение эффективности термоэлектрического преобразования солнечной энергии
Автор: Исманов Ю.Х., Джаманкызов Н.К., Тынышова Т.Д., Кайназаров А.Т.
Журнал: Бюллетень науки и практики @bulletennauki
Рубрика: Технические науки
Статья в выпуске: 10 т.10, 2024 года.
Бесплатный доступ
Рассматриваются современные достижения в области термоэмиссионного преобразования солнечной энергии. Анализируются ключевые аспекты термоэлектронной эмиссии, проблемы снижения работы выхода электродов и повышения эффективности устройств. Показано, что привлекательным материалом для целей термоэлектронной эмиссии могут быть алмазы, легированные фосфором. В этом случае наличие донорных состояний может сильно сужать область пространственного заряда, а вместе с этим снижают потенциальный барьер в работе выхода. Исследования также установили, что наиболее успешным и широко используемым методом преодоления эффекта объемного заряда является заполнение межэлектродного промежутка цезием. КПД устройств термоэмиссионного преобразования солнечной энергии повышается в 1,6 раза. Особое внимание уделяется использованию новых материалов, таких как наноструктуры и углеродные нанотрубки, а также перспективным технологиям, таким как фотонное усиление термоэмиссионных процессов. Анализ результатов показал, что фотонное усиление выхода электронов из-за освещения больше в кремнии p-типа, как и предсказывают теоретические модели. Термоэмиссионный ток возрастает в 1,7 раза по сравнению с кремнием. Расстояние между квазиуровнем Ферми и уровнем Ферми в кремнии n-типа меньше этого расстояния в кремнии p-типа. Как следствие, количество электронов в зоне проводимости меньше. Обсуждаются методы борьбы с эффектом пространственного заряда и оптимизация конфигурации систем преобразования энергии.
Термоэмиссионное преобразование, солнечная энергия, фотонное усиление, работа выхода, солнечная концентрация
Короткий адрес: https://sciup.org/14131574
IDR: 14131574 | DOI: 10.33619/2414-2948/107/11
Список литературы Повышение эффективности термоэлектрического преобразования солнечной энергии
- Wolf M. Performance analyses of combined heating and photovoltaic power systems for residences // Energy conversion. 1976. V. 16. №1-2. P. 79-90. https://doi.org/10.1016/0013-7480(76)90018-8
- Florschuetz L. W. On heat rejection from terrestrial solar cell arrays with sunlight concentration // 11th photovoltaic specialists conference. 1975. P. 318-326.
- Florschuetz L. W. Extension of the Hottel-Whillier model to the analysis of combined photovoltaic/thermal flat plate collectors // Solar energy. 1979. V. 22. №4. P. 361-366. https://doi.org/10.1016/0038-092X(79)90190-7
- Kern Jr E. C., Russell M. C. Combined photovoltaic and thermal hybrid collector systems. Massachusetts Inst. of Tech., Lexington (USA). Lincoln Lab., 1978. №COO-4577-3; CONF-780619-24.
- Hendrie S. D. Evaluation of combined photovoltaic/thermal collectors. Massachusetts Inst. of Tech., Lexington (USA). Lincoln Lab., 1979. №COO-4577-8; CONF-790541-54.
- Raghuraman P. Analytical predictions of liquid and air photovoltaic/thermal, flat-plate collector performance. 1981. https://doi.org/10.1115/1.3266256
- Cox Iii C. H., Raghuraman P. Design considerations for flat-plate-photovoltaic/thermal collectors // Solar energy. 1985. V. 35. №3. P. 227-241. https://doi.org/10.1016/0038-092X(85)90102-1
- Chow T. T. A review on photovoltaic/thermal hybrid solar technology // Renewable Energy. 2018. P. Vol4_88-Vol4_119.
- Kraemer D. et al. 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/S0196-8904(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., Chen G. Highperformance 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., Тынышова Т. Д. Уменьшение объема вводимых данных при компьютерной обработке интерферограмм // Материалы VIII Международной конференции по фотонике и информационной оптике: сборник научных трудов. М., 2019. С. 695-696.
- Исманов Ю. Х. Восстановление изображения волнами различной длины // Известия Национальной Академии наук Кыргызской Республики. 2015. №4. С. 30-33.
- Maripov A., Ismanov Y. Interferometer based on the Talbot effect in holography // Journal of optics. 1995. V. 26. №1. P. 25. https://doi.org/10.1088/0150-536X/26/1/004
- 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.
- Исманов Ю. Х., Алымкулов С. А. Саморепродуцирование регулярных объектов с ограниченной апертурой // Наука, новые технологии и инновации Кыргызстана. 2015. №7. С. 3-5.
- Жумалиев К. М., Алымкулов С. А., Исманов Ю., Исмаилов Д. А. Анализ голографических интерферограмм // Известия Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова. 2016. №3-1. С. 56-60.
Статья научная
