新型半透明光伏-热电混合系统驱动绿色氢能生产的技术突破与性能优化

本文提出了一种集成半透明光伏（STPV）、热电发电机（TEG）和电解槽的创新型混合系统，通过双光学聚光器（C0和C1）和双流体冷却（空气/水）策略，显著提升了绿色氢气（H2）和氧气（O2）的生产效率。研究显示，在1000 W/m2辐照度下，系统最大产氢率达46.611 L/h，热电模块（TEG）输出功率高达1336.11 W，且氢能生产成本最低可至2.479 USD/W。该工作为低成本、高效率的可持续能源解决方案提供了重要技术路径。

　　

亮点 (Highlights)

• •
  创新集成策略：首次将半透明光伏（SPV）与热电发电机（TEG）及电解槽耦合，实现直接氢能生产。
• •
  双流体冷却设计：结合液态水与流动空气优化SPV和TEG的热管理。
• •
  双光学聚光器配置：采用不同聚光比（C₀和C₁）提升太阳能利用效率，结构紧凑且成本可控。

结果与讨论 (Results and Discussion)

本研究通过数值模拟验证了混合系统在两种典型场景下的性能。系统在不同太阳辐照度及聚光比（C₀=1–10 suns，C₁=30–100 suns）下的运行表现被详细分析。关键发现包括：半透明光伏（STPV）面板在8.3%的电效率下实现144.9 W峰值功率；TEG阵列在C₁=100 suns时输出1336.11 W电力，效率达2.328%；系统整体氢氧产量分别为46.611 L/h和23.289 L/h。经济性评估表明，高聚光比（C₁=100 suns）可将氢气成本压降至2.479 USD/W，凸显其规模化应用潜力。

结论与展望 (Conclusions and Perspectives)

本文成功开发了一种基于聚光SPV-TEG-电解槽集成架构的绿色氢能生产系统。数学模型结合有限差分法与高斯-赛德尔迭代算法，精准刻画了系统的热电行为及经济性。研究证实，通过优化聚光比与冷却策略，可同步提升发电效率与氢产量，为可再生能源制氢提供了低成本、高效率的技术路线。未来工作将聚焦于材料创新、系统耐久性提升及实际场景示范，进一步推动氢能基础设施的普及。