论文信息：
T. Li, J. Y. Yu, X. Y. Peng, W. J. Zhou, C. L. Xu, G. N. Li, Q. J. Mao, Comparison of the thermoelectric performance of different photovoltaic/thermal hybrid thermoelectric generation modules: An experimental study. Applied Energy, 378, 124771 (2025).
研究背景
研究内容
图1.五个PV/T-TEG组件的实验布局。
如图2所示，PV/2 T-PCM-TEG组件和四种其它组件PV、PV/T、PV/T-PCM和PV/T-PCM-TEG的示意图。组件1使用仅输出电能的标准PV电池，作为其他四个组件的比较基准。组件2使用标准PV/T面板，在光热部分具有蛇形铜管用于热交换。组件3基于组件2，光热部分的蛇形铜管封装在15 mm厚的复合PCM中。组件4在PCM的底部安装有热电发电机(TEG )，并且底层覆盖有0.3 mm的铝吸热板作为TEG冷侧散热器。
图3显示了PV电池的表面温度。组件1的PV电池的表面温度始终是最高的，在13:40达到最大值50°C。这是因为组件1没有有效的冷却措施，仅依靠与周围空气的对流和辐射来降低表面温度。从实验开始，组件3、4和5的PV电池的表面温度显著低于组件1和2的表面温度。原因是后三个组件在部件2的基础上被PCM从根本上冷却了。组分5具有最好的冷却效果。增强的TEG回收了更多的热量，增加了两侧的温差，使得制冷效果更加显著。
如图5所示，讨论了五个光伏组件的功率输出和性能。光伏电池的发电量如图5a所示。组件4和5的发电量明显高于其他三个组件，一方面是光伏电池自身的发电特性，其发电能力与太阳辐射强度并不完全相关；另一方面是光伏电池的散热能力，散热能力越差，光伏电池表面温度越高，发电能力越低。值得注意的是，14:30 后，组件1和组件2的发电量连续陡降，这主要是由于高层建筑遮阳的影响。五组光伏电池的发电效率见图5b。组件5的发电量在 11:30 超过元件 4，并在 14:45 达到最大值 0.67 W（图5c）。图5d显示了组件4和5的 TEG 的发电效率。实验开始后，TEG 的发电效率呈上升趋势，到实验结束时，TEG 模块仍保持较高的效率。当没有太阳时，由于 PCM 温度较高，TEG 还能继续发电。图5e和f显示了五个光伏组件的总发电量和效率。
从图6a中可以看出，组件2和组件 5 的 TEG 层中蛇形铜管的加热功率在达到峰值后迅速下降。这是因为这两组蛇形铜管都暴露在环境中，只有一部分以导热膏为介质进行热交换。然而，其他三组蛇形铜管都完全包裹在 PCM 中，加热功率在达到峰值后仅略有下降。渗入 PCM 的三组蛇形铜管的加热功率与 PCM 的温度变化密切相关。图6b显示了5组蛇形铜管的制热效率。参照图4b和图5c，与组件5相比，组件4的热电模块后部没有蛇形铜管来加强热交换，冷侧和热侧的温差较小，发电量也较小。因此组件5的设置提高了热电模块的发电量。
结论与展望
综上所述，为了探索PV/T-TEG组件的新结构并优化热电性能，本研究对PV、PV/T、PV/T-PCM、PV/T-PCM-TEG、PV/2 T-PCM-TEG五种组件进行了详细的比较。设计了实验台，在天气条件下进行了测试，收集了5个组件的实验数据。并从能量输出、火用输出、能量效率和火用效率等方面进行了评价。
