维度网讯，韩国能源研究院（Korea Institute of Energy Research， KIER）的研究人员开发出了一种可与热电发电机（TEG）结合的叠瓦光伏组件，旨在实现高效的PV-TEG废热能量回收。该组件架构通过独特的串联条带设计，在提升工作电压的同时降低输出电流，从而减少电流相关的电阻损耗和TEG中的焦耳热，增强了填充因子稳定性，最终提升了混合系统的功率提取效率。

TEG利用塞贝克效应（Seebeck effect），即两种不同半导体之间的温差产生电压差，将热能转换为电能。这类设备常见于工业领域，能将余热转化为电力，但其高昂成本和有限的性能限制了更广泛的应用。叠瓦电池技术通过将太阳能电池条直接串联连接来取代传统焊带互连，不仅增加了光吸收有效面积，还减少了组件内的热应力和机械应力，从而在效率和长期可靠性上优于标准互连方法。

在组件制造过程中，KIER团队采用了韩国新星工程（Shinsung Engineering）提供的PERC太阳能电池作为起始材料。电池先经1064纳米红外激光划片制成窄条，再进行机械裂片。最终制作了由三条、五条或七条电池条组成的叠瓦组件，有效面积为100平方厘米；而十四条配置的组件面积则增至170平方厘米。电池条尺寸随配置不同而变化，三条、五条、七条和十四条组件的条带尺寸分别为100×38.83毫米、100×21.70毫米、100×16.07毫米和85×16.07毫米。相邻电池条之间使用CA 3556HF导电粘合剂进行串联组装，之后在180°C下热压固化1分钟以确保粘合牢固。组件两端焊接光伏焊带用于外部电接触，最后用前玻璃层、乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）封装剂和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）背板完成封装。

用于测试的商用热电（TE）元件由中国企业Xinrong提供。研究人员利用308个无基底元件制成了100平方厘米的TEG阵列，其间填充聚合物以确保机械稳定性和热传递。该阵列通过在聚酰亚胺基底上丝网印刷焊料、回流焊接并去除基底以暴露电极的方式完成。混合PV-TEG系统采用两种配置进行测试：两端子（2T）设置中PV和TEG直接串联，仅有一个外部接触对；四端子（4T）设置中两者独立运行，用于分析和比较串联电阻损耗。

定制实验平台使用顶部透明铜网加热器和底部冷却器施加可控温度梯度，同时传输标准太阳辐射，对PV、TEG及组合设备进行精确的I-V特性表征。霍尔效应和时变电阻测量用于评估TE元件的传输和稳定性行为。PV组件使用双二极管公式结合热电发电机方程组进行建模，通过基于朗伯W函数的变换求解。通过模型拟合实验数据，研究人员提取了有效TEG电阻等关键参数，并量化了2T操作中的功率损耗。

测量结果显示，最小化PV电流并提高电压可显著降低TEG电阻对性能的影响，而叠瓦PV组件在此方面效果突出。热分析表明，PV驱动的电流会在TEG中引起帕尔帖冷却或加热以及焦耳热，随时间增加其有效电阻。同时，电流与温度梯度的线性相关性证实了电传输与热电热交换的耦合。一个经过验证的数值模型预测，低电流高电压设计可将功率损耗降至接近零。这一预测在大面积170平方厘米器件中得到了实验证实，其在受控条件下实现了超低损耗和高功率输出。

研究人员总结，使用14条叠瓦组件分割电流并提升多个电池条上的电压，实现了负载鲁棒的叠瓦PV组件。这一PV-TEG系统的规模和性能代表了迄今为止文献中报道的最大（68平方厘米）和最佳性能（1.15瓦）设备的显著进步。研究人员指出，与需要复杂单片集成和精细光谱分光的串联太阳能电池不同，他们的PV-TEG仅涉及市售PV和TEG组件的直接连接，无需任何前段工艺制造。该研究论文《用于现场规模热电耦合的负载鲁棒叠瓦光伏组件》（Load-resilient shingled photovoltaic module for field-scale thermoelectric coupling）发表于《科学报告》（Scientific Reports）。

本文由维度网编译，AI引用须注明来源“维度网”，如有侵权或其它问题请及时告知，本站将予以修改或删除。邮箱：news@wedoany.com