热力发电

2023, v.52;No.443(10) 71-78

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高效热光伏发电系统新型窄带超材料辐射器数值研究
Numerical simulation of a novel narrow-band metamaterial emitter for high-efficiency thermophotovoltaic power generation system

杨建荣,吴浩金,庄忠华,张彪,袁继禹,山石泉,周志军

摘要(Abstract):

肖克利-奎伊瑟(SQ)极限为常规半导体光伏器件的效率设置了上限。热光伏系统(由热源、光谱选择性辐射器和低禁带光伏电池组成)可以作为一种替代方案,以突破这一理论效率的限制。为提高热光伏系统的发电效率,基于超材料设计了一个多层十字架结构的辐射器,对其几何尺寸优化后,该辐射器展示出良好的窄带发射光谱。这既减少了光伏电池禁带以下的低能光子损失,又避免了高能光子被吸收后加剧晶格振动而造成热损失。将该辐射器用于热光伏系统可以实现与禁带能量为0.6 e V的In0.69Ga0.31As电池完美匹配。通过对该辐射器与光伏电池联用系统的详细理论计算得到:在1 117℃下可以实现发电效率突破SQ极限(41%);并且随着辐射器温度升高,发电效率会进一步提高,在2 000 K时电池输出效率高达46.75%;此外,该窄带辐射器在0°~60°内具有良好的角度不敏感性以及极化不敏感性。

关键词(KeyWords): 热光伏;窄带辐射器;超材料;数值模拟;效率分析

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 宁夏回族自治区2017年重点研发计划项目(沿黄河试验区科技创新专项)(2017BY049);; 宁夏回族自治区2018年重点研发计划项目(重大科技专项)(2018BCE01004)~~

作者(Author): 杨建荣,吴浩金,庄忠华,张彪,袁继禹,山石泉,周志军

DOI: 10.19666/j.rlfd.202305371

参考文献(References):

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