Thermophotovoltaische Konversion von Verbrennungswärme

In der vorliegenden Untersuchung werden Methoden für die Auslegung eines <br>Systems zur thermophotovoltaischen (TPV) Konversion von Verbrennungswärme <br>entwickelt und auf eine Anordnung mit vorgegebener Strahlertemperatur und <br>vorgegebenem Photovoltaik(PV)-Zellmaterial angewandt. <br> <br>Für ein aus den Komponenten PV-Zelle, Breitband- oder selektiver Strahler, <br>optisches Filter und Brenner bestehendes System wurde ein dreidimensionales <br>Modellierungsverfahren entwickelt. <br>Für eine Reihe von Systemanordnungen werden Simulationsrechnungen ausgeführt. <br>Untersucht werden der Wirkungsgrad der Strahlungsführung zum PV-Modul, <br>die dort absorbierte Leistungsdichte und ihre räumliche Verteilung, sowie <br>Auswirkungen einer inhomogenen Temperaturverteilung auf dem Strahler. <br>Für eine der thermodynamischen Obergrenze entsprechende, <br>eine idealisierte und zwei realistische Anordnungen werden die zu <br>erwartenden Leistungsdichten und Wirkungsgrade bestimmt. <br>Es ergibt sich die Einschätzung, daß für ein TPV-System mit einer <br>Strahlertemperatur von 1500 K und PV-Zellen aus GaSb ein Wirkungsgrad von ca. <br>10 % und eine auf die PV-Zellfläche bezogenen Leistungsdichte von ca. <br>1 W/cm^2 als mittelfristig realisierbar bezeichnet werden können. <br> <br>Im Rahmen der Untersuchung wurde ein experimentelles TPV-System aufgebaut. <br>Im Verlauf der Versuche wurde eine elektrische Leistung von 4,8 W und ein <br>Systemwirkungsgrad von 0,2 % erzielt. <br>Durch Simulationsrechnungen konnte bei Verwendung der gemessenen <br>Strahlertemperatur das Ergebnis für die elektrische Leistung nachvollzogen <br>und die Modellrechnung damit validiert werden. <br>Eine Abschätzung des Verbesserungspotentials durch Simulationsrechnungen <br>ergibt, daß bei weitgehend unveränderter Geometrie durch Verbesserungen <br>an allen Komponenten der Wirkungsgrad auf 2-3%, unter optimistischen <br>Annahmen sogar bis auf 9% bei einer Leistungsdichte von 0,2-0,4 W/cm^2 <br>gesteigert werden kann.

Author dc:creator

• Zenker, Matthias

Contributors dc:contributor

• Luther, Joachim

• Thermophotovoltaik
• thermophotovoltaics
• photovoltaics
• GaSb
• modelling
• raytracing

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