Abstract This paper provides a comprehensive unsteady-state performance comparison between the tandem photovoltaic-thermoelectric (PV-TE) hybrid system and the conventional photovoltaic (PV) system. The three-dimensional unsteady-state models of the two systems are established. The effects of weather and season conditions on the superiority of coupling utilization are studied. The annual performance difference between the two systems is analyzed, and the optimal external working conditions of coupling utilization is revealed. The results demonstrate that compared with the conventional PV system, the tandem PV-TE coupling system can achieve higher electrical efficiency in any weather or season. The tandem hybrid system achieves the highest average efficiency of 27.43% in February, while that of the conventional PV system is only 26.46% in December. However, the efficiency enhancement of hybrid utilization is at the expense of reducing the system security and stability. The photovoltaic cell in the tandem hybrid system works at a higher temperature, and the change in direct solar irradiance has a more significant impact on hybrid system temperature and efficiency. When working in the cloudy day, the stability of the hybrid system will be diminished, and the superiority of hybrid utilization will be weakened. Moreover, the tandem hybrid system is proved to be more suitable for use in areas or times with high direct solar irradiance and low ambient temperature. The results can be employed to guide the application and design of the practical PV-TE hybrid system.

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串联光伏-热电混合系统与常规光伏系统的非稳态性能比较

摘要 本文提供了串联光伏-热电 (PV-TE) 混合系统与传统光伏 (PV) 系统之间的综合非稳态性能比较。建立了两个系统的三维非稳态模型。研究了天气和季节条件对耦合利用优势的影响。分析了两个系统的年度性能差异，揭示了耦合利用的最佳外部工作条件。结果表明，与传统光伏系统相比，串联PV-TE耦合系统可以在任何天气或季节实现更高的电气效率。串联混合系统在2月份的平均效率最高，为27.43%，而传统光伏系统在12月份的平均效率仅为26.46%。然而，混合利用的效率提升是以降低系统安全性和稳定性为代价的。串联混合系统中的光伏电池工作在更高的温度下，太阳直接辐照度的变化对混合系统温度和效率的影响更为显着。在阴天工作时，混合动力系统的稳定性会减弱，混合动力利用的优越性会减弱。此外，串联混合系统被证明更适合在太阳直接辐照度高和环境温度低的地区或时期使用。研究结果可用于指导实际PV-TE混合系统的应用和设计。串联混合系统中的光伏电池工作在更高的温度下，太阳直接辐照度的变化对混合系统温度和效率的影响更为显着。在阴天工作时，混合动力系统的稳定性会减弱，混合动力利用的优越性会减弱。此外，串联混合系统被证明更适合在太阳直接辐照度高和环境温度低的地区或时期使用。研究结果可用于指导实际PV-TE混合系统的应用和设计。串联混合系统中的光伏电池工作在更高的温度下，太阳直接辐照度的变化对混合系统温度和效率的影响更为显着。在阴天工作时，混合动力系统的稳定性会减弱，混合动力利用的优越性会减弱。此外，串联混合系统被证明更适合在太阳直接辐照度高和环境温度低的地区或时期使用。研究结果可用于指导实际PV-TE混合系统的应用和设计。混合动力系统的稳定性会减弱，混合动力利用的优势会减弱。此外，串联混合系统被证明更适合在太阳直接辐照度高和环境温度低的地区或时期使用。研究结果可用于指导实际PV-TE混合系统的应用和设计。混合动力系统的稳定性会减弱，混合动力利用的优势会减弱。此外，串联混合系统被证明更适合在太阳直接辐照度高和环境温度低的地区或时期使用。研究结果可用于指导实际PV-TE混合系统的应用和设计。