科学家声称，光伏系统与热电冷却相结合可实现 6 年的投资回收期

南非中央理工大学的一组研究人员开发出了一种采用基于热电冷却器 (TEC) 的冷却系统的太阳能模块。

 

TEC 可以通过“塞贝克效应”将热量转化为电能。“塞贝克效应”是指两种不同半导体之间的温差在两种物质之间产生电压。TEC 通常用于工业应用，将多余的热量转化为电能。然而，由于成本高昂且功率有限，TEC 尚未实现大规模应用。

 

科学家们解释说：“本研究中提出的 PV-TEC 系统由一块光伏板、一块背面安装有 TEC 装置的光伏板、一个安装在热电装置另一侧的散热器以及一个开关机构组成。TEC 由光伏板供电，而光伏板则负责冷却。”

 

该团队进行了数值模拟，以评估系统的性能。此外，还设置了一个优化函数来最大化性能，当电池温度超过 25 摄氏度时，尝试将目标温度保持在 23 摄氏度至 27 摄氏度之间。模拟中使用的光伏板输出功率为 100 瓦，效率为 17.8%，面积为 20,200 立方厘米。TEC 的最大电流为 6.1 安，最大电压为 17.2 伏，面积为 6.08 立方厘米。散热器的热阻为 2.6 摄氏度/瓦，面积为 39.2 立方厘米。

 

研究人员表示：“研究场景使用了来自南非自由州省布隆方丹的气象数据。具体数据集包括水平漫射、正常漫射和水平全局辐照度，以及描述 2021 年 7 月 17 日典型冬季和 2021 年 1 月 17 日典型夏季的环境温度值。”

 

对该系统在夏季和冬季的运行情况进行了分析，并将其性能与不带TEC和散热器的参考光伏板进行了比较。在模拟的冬季条件下，电池温度从未超过25°C，因此TEC未激活。  因此，在 PV-TEC 和参考情况下均测得峰值温度为 22.9 °C，恒定功率输出为 86.9 W，总能量输出为 363.47 Wh。

 

然而，在夏季，使用TEC后，太阳能电池板的峰值功率输出达到104.1 W，而参考案例中仅为94.4 W。参考案例中的峰值温度为36.1°C，而PV-TEC不超过25°C。TEC案例的能量效率为603.60 Wh，而参考案例中仅为547.65 Wh。“我们提出的模型结果显示，功率输出显著提升，尤其是在夏季提升了9.27%。”科学家指出。

 

基于这些结果，研究人员进行了一项经济分析，假设光伏 (PV) 和光伏-TEC (PV-TEC) 的使用寿命为 20 年，年电价涨幅为 10%，利率为 6%。假设 100 瓦太阳能组件的初始价格为 1,235 南非兰特（66.9 美元），而光伏-TEC 方案的总成本为 1,562.77 南非兰特。

 

“盈亏平衡点在项目运营寿命期内相对较早地达到。确切地说，它发生在6.5年，”科学家们总结道。“经济分析还显示，成本节省了2,905.61南非兰特，相当于在20年的整个项目寿命期内节省了10.56%。”