文献知识点总结（1）《Boosting solar energy conversion with nanofluids》

一、Introduction

1.典型的光伏电池只能在太阳能光谱的一个窄波段内高效运行，所以目前的光伏组件只能将五分之一的太阳能转化为电能。

2.与电池一起工作的热收集器可以收集剩余的大部分热量，混合PVT收集器不仅安装成本明显低于单个PV和热收集器，它们可能会减少40%的屋顶面积。作为额外的奖励，热收集器可以帮助PV电池保持较低温度，从而提高电池的效率。

3.这种新方法提供了一种将光伏与热组件进行热解耦的方法，提高了热转换效率，并更有效地冷却光伏组件。

二、The PV window

1.但是只有能量大于半导体带隙的光子才能产生激发。硅是光伏市场的主宰者，带隙能量约为1.1 eV，大致相当于近红外中的一个光子。低于这一能量的太阳辐射不会产生电流。

2.典型的硅光伏(PV)电池只能从红色和近红外波长中有效地提取电力，正如硅光伏光谱响应(黑色曲线)所示。纳米流体可以用来从剩余的波长中获取能量作为热量。

3.如果一个撞击光子的能量远远大于带隙——比如，在蓝色或紫外线中——它会激发远高于传导带底部的电子，多余的能量会以热的形式耗散。不仅电势被浪费，而且增加的热量会使电池温度超过最佳工作温度，从而降低电池的效率。

4.大约40%的能量在波长700nm及更短的波长——以及几乎所有1100 nm及更长的波长所携带的能量——在独立的PV电池中将不会被使用。混合PVT技术背后的想法是在不降低光伏转换效率的情况下将能源投入使用。

5.通过吸收板后面的通道泵送的传热流体吸收热量，然后用于提供热水和家庭供暖。虽然这个方案不贵，但是PV电池和液体收集器是热耦合的，所以不能在不牺牲PV电池性能的情况下，从热收集器获得较高的出口温度。

6.如果PV和热组件可以解耦，就可以同时获得两者的全部好处。理论上，这种解耦可以通过一个光谱选择性反射镜来实现，它可以通过有效的光伏转换来传输阳光，并将剩余的光谱偏转到一个单独的热收集器。

（a）在传统的热耦合设计中，PV电池的金属背板充当吸热板:它将热量从电池中传导出去，然后能量转移到热流体中，可用于家庭供暖。在流体中，粉色区域表示温度升高;插图说明了热流体对周围环境的辐射热损失。

（b）在体积吸收器设计中，热流体包含金属纳米颗粒，并位于PV电池的上方。纳米颗粒吸收光伏电池不能有效转换的光波长，并传输能有效转换的光波长。因为热流体和PV电池不接触，流体可以达到足够热的温度来产生蒸汽，而不会降低PV电池的性能。

三、The power of plasmons

1.因为光学纳米流体可以被量身定制，只吸收没有有效转换光伏的波长，所以它可以被放置在PV电池的前面，并在物理上与PV电池分离，在那里它可以捕获红外、可见和能量密集紫外线直接辐射。因为PV和热组件不接触，热收集器可以在高温下工作而不会损坏PV电池。

2.而且只需要很小的纳米颗粒浓度——不到纳米流体总体积的0.1%——就可以使流体的吸收最大化。

四、Custom nanofluids

1.PVT收集器中的纳米流体必须经过精心设计，只吸收PV高效范围之外的波长，以免滤掉可用于产生有价值的电力的光。

2.精确的光谱边界将取决于当地的能量成本，但对于硅来说，理想的光学纳米流体应该只吸收700-1100 nm范围之外的东西，这可以被定义为硅的PV窗口。这意味着理想的纳米流体应该充当带通滤波器，能够同时吸收可见光和红外。

3.在吸收可见光的各种金属纳米颗粒中，没有一种比银的吸收能力更强。

4.银纳米颗粒可以吸收300 nm到1200 nm以上的波长。

5.最终，要实现波长特异性吸收，就必须精确控制纳米颗粒的大小和形状。

6.小而圆的粒子往往在短波长吸收强烈，而大而尖角的粒子在更大的波长范围内吸收更温和。

7.然而，如果纳米颗粒变得太大，它们不仅会吸收光，而且会显著地散射光。这使得流体不透明，降低了热收集器和底层PV电池的效率。将粒子的直径限制在不超过约的范围内可以使散射最小化
通过将其体积分数限制在0.1%或更少。

五、Stability,selectivity,and scale-up

1.事实证明，光学纳米流体的一个关键优势可能也是它们最大的弱点:纳米颗粒的高表面体积比有助于快速传热，但这也使它们容易受到热和紫外线的损伤。缩小到纳米尺度时，金属熔化温度远低于其整体熔点。这对于打算在工业热收集器的高温下工作的纳米流体来说尤其成问题。当纳米颗粒融化并失去形状时，它们也失去了理想的光学性质，它们可能开始吸收或散射用于底层的光伏电池。此外，熔化的纳米颗粒倾向于与其他悬浮颗粒聚集并沉淀在通道底部，这削弱了纳米流体作为体积吸收剂的能力。

2.以采用各种策略来规避熔化问题。例如，一层薄薄的氧化物外壳可以被应用到纳米颗粒上，起到固体外壳的作用。对于二氧化硅、二氧化钛和氧化锌等氧化物，熔解外壳所需的能量大约是熔解外壳金属纳米颗粒所需能量的10倍。所以即使金属融化了，微粒也会保持原来的形状。

3.此外，二氧化硅壳保护颗粒免受化学降解。

4.至关重要的是，氧化物外壳必须与热液体混合。例如，二氧化硅是高度亲水的——它很容易悬浮在水基纳米流体中，但不会悬浮在油基纳米流体中。为了稳定悬浮在油和乙二醇中的颗粒，通常用于工业强度的热收集器，必须修改它们的表面。

5.光学纳米流体的吸收光谱并不完全由其组成纳米颗粒的光学性质决定。周围的液体或基液也很重要。

6.例如，水可以吸收超过1350纳米的所有红外波长，这就不需要在这个范围内使用纳米颗粒吸收剂。但水也有一个尖锐的吸收峰，对应于O-H振动模式975nm，在PV窗口内。这个峰值产生寄生吸收，最终降低PV电池的电力输出。

7.直径上仅10-20纳米的差异就能使粒子的吸收峰偏移数百纳米。

六、Making it to market

1.PVT系统的效率取决于一系列因素，包括流量、进口和出口温度以及热流体的热容量。例如，当热集热器的出流温度仅略高于环境温度时，其工作效率最高，从而使散热损失最小，但实际的PVT集热器在更高的温度下工作。