科学家声称，光伏系统与热电冷却相结合，可以实现6年的投资回收期

来自南非中央科技大学的一组研究人员设计了一种太阳能模块，该模块集成了依赖于热电冷却器（TEC）的冷却系统。

TEC可以通过“塞贝克效应”将热量转化为电能，当两种不同半导体之间的温差在两种物质之间产生电压时，就会发生这种情况。这些设备通常用于工业应用，将多余的热量转化为电能。然而，迄今为止，它们的高成本和有限的性能限制了它们在更广泛范围内的采用。

“本研究中提出的PV-TEC系统需要一个与TEC设备集成的光伏面板，固定在其背面，一个与热电设备的相对面互连的散热器，以及一个开关机构，”科学家们解释说。“TEC由用于冷却的光伏电池板供电。”

该小组进行了数值模拟，以评估系统的性能。此外，还设置了一个优化功能，以最大化输出，同时当电池温度超过25°C时，尝试将目标温度保持在23°C至27°C之间。仿真中使用的光伏面板输出功率为100 W，效率为17.8%，尺寸为20,200 cm3。TEC 的最大电流为 6.1 A，最大电压为 17.2 V，尺寸为 6.08 cm3。散热器的热阻为 2.6 C/W，尺寸为 39.2 cm3。

“正在考虑的情景涉及使用从南非自由州布隆方丹获得的气象数据，”研究人员说。“具体数据集包括漫射水平辐照度、漫反射法线和全局水平辐照度，以及环境温度值，描绘了 2021 年 7 月 17 日的典型冬日和 2021 年 1 月 17 日的夏日。”

对系统在夏日和冬日的运行情况进行了分析，并将其性能与没有TEC和散热器的参考光伏面板进行了比较。在模拟的冬季条件下，电池温度从未超过25°C，因此TEC处于非活动状态。因此，在PV-TEC和参考情况下，峰值温度记录为22.9 C，恒定功率输出为86.9 W，总发电量为363.47 Wh。

然而，在夏季情况下，TEC确实开始发挥作用，并允许面板达到104.1 W的峰值输出，而参考情况下为94.4 W。参考中的峰值温度为36.1°C，而PV-TEC没有突破25°C。在TEC的情况下，它实现了603.60 Wh的能量输出，而参考中的能量输出为547.65 Wh。“我们提出的模型的结果表明，输出功率有了实质性的提高，特别是在夏季提高了9.27%，”学者们强调说。

基于这些结果，研究人员进行了一项经济分析，假设光伏和PV-TEC的寿命为20年，电价每年上涨10%，利率为6%。虽然仅 100 W 太阳能电池板的初始价格就假设为 1,235 南非兰特（66.9 美元），但 PV-TEC 外壳的总成本为 1,562.77 南非兰特。

“盈亏平衡点在项目的运营寿命中相对较早地显现出来。准确地说，它发生在 6.5 年大关，“科学家们总结道。“经济分析进一步节省了 2,905.61 南非兰特的成本，即在 20 年内节省了 10.56% 的项目生命周期。”

该系统发表在《太阳能材料和太阳能电池》上的“通过热电冷却的最佳控制提高光伏操作系统的效率和成本效益”中进行了介绍。