西安交大以光催化剂悬浮液为液体滤光片的聚光光伏热

　　研究背景
　　光伏-热（PV-T）系统将光伏（PV）电池和集热器组件耦合以实现同时产生热量和电力，因其高效率和潜在的低成本而备受关注。传统的聚光光伏热系统可以克服高电池温度，但其产生的低水平热量会增加不可逆的能量损失，缩小系统的应用范围。同时随着太阳能制氢的发展，如光电化学分解、光催化、光伏电解（PVE）制氢等，如何利用储氢来降低光伏电能的不稳定性是现在亟需解决的一个问题。
　　基于上述问题，西安交通大学敬登伟教授课题组以  ＂A new Concentrated Photovoltaic Thermal-Hydrogen system with photocatalyst suspension as optical liquid filter＂  为题发表在国际期刊 《Renewable Energy》（IF=8.001） 上。
　　研究内容
　　在这项研究中，为了能够有效降低热化损失并将氢气作为便于运输的产品输出，敬登伟教授团队提出了一种具有定制Pt / TiO2悬浮液的CPVT-H系统，既可用作光热氢催化剂，也可用作SBS的光学滤光片。Pt / TiO2悬浮液和GaInP/GaAs/Ge三结光伏电池的组合可以实现全光谱太阳能到氢的转换。在70℃电解质中，通过制备Pt/TiO2的SBS加载量为0 ppm、50 ppm、100 ppm、150 ppm和200 ppm的悬浮液，结果发现PTC制氢速率与悬浮液加载量呈正相关，效率与悬浮液加载量和反应时间呈负相关。
　　当悬浮液的负载量为150 ppm时，系统的PVE氢气生产和总氢气产量达到最大值，太阳能氢效率为14%。同时，相对于没有光谱波束分裂的情况，200 ppm SBS的悬浮液可以使电池温度降低32.8%，电功率增加65.7%。结果表明，CPVT-H系统中悬浮液的SBS通过降低热化损耗获得了更好的PV电气性能。与无SBS条件相比，采用Pt/TiO2悬浮SBS的CPVT-H系统最多可以节省49%的光伏电池面积，说明SBS除了增加产氢外，还可以有效节省光伏电池面积和系统成本，经济前景广阔。
　　主要数据
　　图1 . CPVT-H系统的示意图流程图
　　图2 . CPVT-H系统的照片
　　图3 . PTC反应器的细节部分也可用作光谱分束器。
　　（a） 所设计反应堆的一般视图、侧视图和顶视图。
　　（b） PTC反应堆的照片
　　图4 . Pt/TiO2悬浮液的光学性质.（a） 去离子水和0 ppm、50 ppm、100 ppm、150 ppm、200 ppm Pt/TiO2悬浮液的光谱透射率以及氙气灯和AM 1.5的光谱。（b） 有和没有Pt/TiO2悬浮液的氙气灯光谱的归一化强度。
　　图5 . 光谱匹配属性。（a） GaInP/GaAs/Ge三结光伏电池的SR曲线和悬浮液的透射率曲线。（b） Ploy-Si PV电池的SR曲线和悬浮液的透射率曲线。
　　图6 . CPVT-H系统中各种组分单元的光学特性。（一）每个单元的透射率和PV电池表面上氙气灯光谱的归一化强度（150 ppm悬浮液）。（b） 氙灯在光伏电池表面的归一化光谱强度（悬浮液为150 ppm）和GaInP/GaAs/Ge三结光伏电池的NSR曲线。
　　图7 . 加载SBS后PV电池（TPV）性能的表面温度。（a） TPV对应于5个装载量的Pt/TiO2悬浮液与时间的关系图。（b） TPV增量与不同Pt/TiO2负载量的关系。
　　图8 . SBS之后的光伏电池（PPV）性能的功率。
　　（a） PPV对应于不同装载量的Pt/TiO2悬浮液与时间的关系图。（b） PPV与不同Pt/TiO2负载量相比降低。
　　图9 . Pt/TiO2悬浮液的平均PPV与负载量的关系。
　　图10 . PTC制氢性能。（a）NH2-PTC不同装载量的悬架时间与时间的关系。（b）RH2-PTC不同装载量的悬架时间与时间的关系。
　　图11 . PTC制氢效率的轮廓图（ηPTC）。（a） 不同反应时间的ηPTC与负载量的关系 （b） 不同负载量下ηPTC与不同负载量下的反应时间 （c） ηPTC在悬浮液负载量和反应时间方面的二维轮廓分布。
　　图12 . PVE制氢。（a）1小时内（70℃电解质）不同SBS负载量的悬浮液的nH2-PTC。（b）在1小时内加载SBS 150-ppm的悬浮液与电解质温度的比较的nH2-PTC。
　　图13 . PTC产氢量（nH2-PTC），PVE产氢量（nH2-PTC），总产氢量（nH2）和CPVT-H系统的能量转换效率（η）与悬浮液的负载量。
　　图14 . CPVT-H系统的经济性分析。
　　原文链接
　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960148122008448
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