【摘 要】
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太阳能光伏发电缓解了传统能源供给压力,为实现“碳达峰、碳中和”目标提供了有效途径。光子能量在光伏电池表面的累积将导致电池效率降低或不可逆热损伤,因此光伏电池的有效散热对于太阳能发电站的高效运行非常重要。基于太阳能分频利用的主动冷却技术实现了光伏、光热模块的解耦运行,是防止光伏电池过热的有效途径之一。然而,光伏/光热（Photovoltaic/thermal,PV/T）系统性能评价方法仍不完善且太阳
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太阳能光伏发电缓解了传统能源供给压力,为实现“碳达峰、碳中和”目标提供了有效途径。光子能量在光伏电池表面的累积将导致电池效率降低或不可逆热损伤,因此光伏电池的有效散热对于太阳能发电站的高效运行非常重要。基于太阳能分频利用的主动冷却技术实现了光伏、光热模块的解耦运行,是防止光伏电池过热的有效途径之一。然而,光伏/光热（Photovoltaic/thermal,PV/T）系统性能评价方法仍不完善且太阳能向高品位电能的转换效率仍然较低。本文开展光伏–温差联合发电特性研究,探索通过纳米流体分频进一步提高PV/T系统中稳定电力输出的技术可行性。基于时域有限差分法计算纳米颗粒吸收、散射、消光截面,分析粒径对光子吸收能力的影响,粒径的降低强化光子吸收比率,粒径为10 nm时吸收比率接近1,在维持光谱特性的同时提高PT转换性能;采用柠檬酸钠还原法制备Au纳米流体,粒径约为10 nm,并在可见光范围内具有较宽的吸收波段,特征峰对应波长约为524 nm,与Si-PV电池响应波段匹配较好;颗粒电磁分布指出,沿入射极化方向和垂直于入射偏振方向,颗粒表面存在电磁强化效应,加热颗粒周围基液以提高流体温度,验证了等离激元纳米流体在PV/T技术中的光谱吸收特性和PT转换能力。搭建热解耦PV/T系统性能测试平台,采用前吸收式单通道结构预吸收Si-PV电池光谱响应波段外光子能量,通过调节纳米流体浓度与光束分频器厚度,分析PV效率和PT效率协同调控规律,探究纳米颗粒密度和分频器厚度对能量分配的影响,考虑散热损失,引入（火用）效率,结合能量转换效率,阐述能量分配对输出能量品位的影响。结果表明,纳米流体浓度与光束分频器厚度的增加强化热能输出、促进能量转换效率提升,PV/T系统能量转换效率可达88.5%,提高的PT效率能够弥补电能输出损失,但热损失的增加导致（火用）效率逐渐上升后出现下降趋势,厚度达到18 mm时平衡温度为49.9 oC、（火用）效率为12.8%。考虑PV/T系统余热循环再利用,耦合温差发电（Thermoelectric generator,TEG）和储热模块构建混合发电系统,通过纳米流体输出热能驱动TEG发电,分析能量分配、热流体流量、TEG冷端温度等因素对TEG和PV输出电流密度以及储热温度的影响,优化纳米流体浓度提高系统能量输出品位,调节热流体流量平衡混合系统中储热与发电性能,探究热能循环再利用技术缓解输出能量波动能力,讨论系统低温适用性。结果表明,较高的热能输出强化了混合发电系统输出的电流密度,其中TEG输出电流密度占总电能的51.0%;基于PV和TEG电性能随冷却温度变化趋势,冷却温度降低至5℃时,电流密度提高了约2.55倍;且纳米流体的流动放热特性缓解了能量输出波动问题。
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