Concentrating solar thermoelectric generators with a peak efficiency of 7.4%

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作者
Daniel Kraemer,Qing Jie,Kenneth McEnaney,Feng Cao,Weishu Liu,Lee A. Weinstein,James Loomis,Zhifeng Ren,Gang Chen
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:1 (11) 被引量:369
标识
DOI:10.1038/nenergy.2016.153
摘要

Concentrating solar power normally employs mechanical heat engines and is thus only used in large-scale power plants; however, it is compatible with inexpensive thermal storage, enabling electricity dispatchability. Concentrating solar thermoelectric generators (STEGs) have the advantage of replacing the mechanical power block with a solid-state heat engine based on the Seebeck effect, simplifying the system. The highest reported efficiency of STEGs so far is 5.2%. Here, we report experimental measurements of STEGs with a peak efficiency of 9.6% at an optically concentrated normal solar irradiance of 211 kW m−2, and a system efficiency of 7.4% after considering optical concentration losses. The performance improvement is achieved by the use of segmented thermoelectric legs, a high-temperature spectrally selective solar absorber enabling stable vacuum operation with absorber temperatures up to 600 ∘C, and combining optical and thermal concentration. Our work suggests that concentrating STEGs have the potential to become a promising alternative solar energy technology. Solar thermoelectric generators are a promising technology for converting solar energy into electricity, however their efficiency has been limited to 5.2%. Kraemer et al. report a solar thermoelectric generator with an efficiency of 9.6%, resulting in 7.4% efficiency in a concentrating solar thermoelectric system.
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