太阳能驱动单级异质结热离子发电装置性能优化

作者：邱肃肃; 陈林根^*; 丁**^*; 戈延林

来源：中国科学 技术科学, 2022, 52(12): 1901-1911.

• 有限时间热力学
• 太阳能
• 热离子发电机
• van der Waals异质结
• 热力学优化

异质结热离子装置具有较高的理论转换效率,在高效太阳能利用领域具有广阔应用前景.然而实际异质结热离子装置往往存在多种不可逆因素,从而使装置性能降低.本文建立太阳能驱动单级热离子发电装置的有限时间热力学模型,模型包括聚光模块、固态热离子发电模块和散热模块.依据电荷守恒定律和热力学第一定律,求解光吸收器和电极的温度.研究了输出电压、Schottky势垒和聚光度等参数对最优性能的影响.结果表明:存在最优的输出电压和Schottky势垒可以使能量转换效率达到极大值;聚光度增大时,功率和效率均先增大后减小,存在最优聚光度Cη,max≈1700和CP,max≈2250使得效率和功率分别达到局部极大值.所得结果可为实际太阳能驱动热离子装置的优化设计提供一定理论依据.

• 单位
  中国人民解放军海军工程大学; 武汉工程大学; 机电工程学院