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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

DOI：10.1016/j.apenergy.2019.113721 期刊：Applied Energy 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
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。
作者： Philippe Gentillon，N.J. Ekins-Daukes，Qing N. Chan，Robert A. Taylor，Siddharth Singh，Suhas Lakshman，Zhaolun Zhang，Appu Paduthol
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

探索在基于多孔介质燃烧的热光伏（PMC-TPV）反应器上使用低成本氧化铒（Er2O3）涂层，以实现连续的联合供热和发电。

研究成果

研究表明，在YZA泡沫上涂覆氧化铒涂层可使发射率提高约10%，并提升整体系统性能，在1300 kW/m2的加热速率下实现25.4%的最大带内发射率。然而，石英管上的涂层导致电性能下降。这些发现凸显了在PMC-TPV系统中持续监测光伏参数的重要性。

研究不足

研究发现，电致发光测试表明部分砷化镓锑(GaSb)电池存在损伤，这影响了电功率输出。此外，光伏填充因子低于预期值，而石英管上的涂层因带内辐射比例降低导致电性能下降。

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