Simulation of Photovoltaic Thermoelectric Battery Characteristics
Another Title
Моделирование характеристик фототермоэлектрической батареи
Bibliographic entry
Simulation of Photovoltaic Thermoelectric Battery Characteristics = Моделирование характеристик фототермоэлектрической батареи / A. K. Esman [et al.] // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. – 2021. – № 3. – С. 250-258.
Abstract
Solar radiation is an environmentally friendly and affordable energy source with high release of energy. The use of a photovoltaic thermoelectric battery makes it possible to increase the efficiency of converting solar and thermal radiation into electrical energy, both on serene and cloudy days. An original battery structure with photovoltaic and thermoelectric converters is proposed. The 3D model of the proposed photovoltaic thermoelectric battery was realized in the COMSOL Multiphysics software environment with the use of a heat transfer module. The simulation was performed for the geographical coordinates of Minsk and taking into account the diurnal and seasonal variations of both the ambient temperature and the power density of the concentrated AM1.5 solar spectrum, the maximum value of which being varied from 1 to 500 kW/m2. The dependences of the maximum temperature values of the photovoltaic thermoelectric battery and the thermoelectric converters as well as temperature gradient patterns in the thermoelectric converters have been calculated. The dependences of the maximum temperature gradient values inside the thermoelectric converters on the solar power density are obtained. The graphs of the temperature gradients inside the thermoelectric converters of the photovoltaic thermoelectric battery by concentrated solar radiation versus the time of day in the middle of July and January are provided. It is shown that the output voltage increases up to the maximum values of 635 and 780 mV, respectively, in January and in July were achieved due to the temperature stabilization of the back side of the external electrodes of the proposed device.
Abstract in another language
Солнечное излучение является экологически чистым и доступным источником энергии с высокой энергоотдачей. Использование фототермоэлектрической батареи позволяет увеличить эффективность преобразования солнечного и теплового излучений в электрическую в электрическую энергию как в ясные, так и в пасмурные дни. В данной работе предложена оригинальная структура батареи с фото- и термоэлектрическими преобразователями. Трехмерная модель фототермоэлектрической батареи реализована в программном обеспечении COMSOL Multiphysics с использованием модуля «Теплопередача». Моделирование проводилось для географических координат г. Минска с учетом суточного и сезонного изменений температуры окружающей среды и плотности мощности концентрированного солнечного излучения спектра AM1.5, максимальное значение которой варьировалось от 1 до 500 кВт/м2. Рассчитаны зависимости максимальных значений температуры фототермоэлектрической батареи, термоэлектрических преобразователей, а также профили распределения градиента температуры в термоэлектрических преобразователях. Получены зависимости максимальных значений градиента температуры внутри термоэлектрических преобразователей от плотности мощности солнечного излучения. Построены графики зависимостей градиентов температуры внутри термоэлектрического преобразователя фототермоэлектрической батареи при воздействии концентрированного солнечного излучения от времени суток в середине июля и января. Показано, что за счет термостабилизации тыльной стороны внешних электродов предложенного устройства удалось достичь увеличения выходного напряжения до максимальных значений 635 мВ в январе и 780 мВ в июле.
View/
Collections
- № 3[8]