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基于熵分析的近场热光伏系统性能评估
摘要： 近场辐射热传递可显著提升热光伏（TPV）系统的输出功率。因此，探究如何提高近场TPV系统的能量转换效率至关重要。本研究基于有效介质理论中的涨落-耗散定理，从热力学公式出发评估了近场TPV系统的性能。研究发现：采用InAs或GaSb电池的近场TPV系统分别能实现更高的热通量或效率极限；而由纳米线/纳米孔阵列构成的双曲超材料（HMM）发射极TPV系统，相比块体参考体系具有更高的热通量和效率极限。这归因于HMM能支持双曲模式，且其辐射特性对能量转换效率展现出有利的熵含量。本工作提供了一种无需考虑系统运作机制即可确定效率极限并建立近场TPV系统效率目标的方法，研究成果将助力HMM发射极与TPV电池材料的设计应用，从而提升近场TPV系统的效率。
关键词： 热光伏系统、近场辐射传热、能量转换效率、双曲超材料、熵分析
更新于2025-09-23 15:19:57
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一种基于多孔介质燃烧的热光伏系统的综合实验特性研究——具有可控发射特性
摘要： 燃烧系统的高温特性使其适合与热光伏系统耦合。实际应用中，降低热损失以及协调燃烧源辐射光谱与光伏电池光谱响应之间的失配颇具挑战。本文通过研究在新型多孔介质燃烧热光伏（PMC-TPV）反应器上使用低成本氧化铒（Er2O3）涂层，探索将这些分散的能源研究领域相结合以实现持续热电联产。研究分析了三种不同构型：未涂层多孔泡沫、涂层多孔泡沫和涂层石英容器，首次对PMC-TPV系统的所有关键组件进行了深入分析与表征。研究包含对24单元锑化镓（GaSb）阵列的详细表征——该阵列连接散热器用于收集来自高温（>1200°C）氧化钇稳定氧化锆/氧化铝复合陶瓷泡沫（YZA）的辐射能。由于陶瓷泡沫对这些电池不具备理想发射率曲线，研究测量了氧化铒涂层调控光谱辐射的能力。结果表明：通过在YZA泡沫外表面（采用浸涂后固化/煅烧的两步简易工艺）施加氧化铒涂层，可在1300 kW/m2燃烧速率（比未涂层构型提升约10%）下实现25.4%的最大带内发射率，对应温度达1285°C，并获得1W最大输出功率。第三种构型在石英管（非YZA泡沫）上使用氧化铒涂层使反应器核心温度升至1443°C，但因带内发射率降低导致电性能下降。这些发现表明：在工业辐射体上应用氧化铒涂层可使热电联产过程的电力输出提升约30%。最后，由于光伏填充因子低于预期且电致发光测量显示电池存在损伤，研究同时揭示了PMC-TPV系统中持续监测光伏参数的重要性。
关键词： 热光伏系统，直接能量转换，多孔介质燃烧
更新于2025-09-11 14:15:04