太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置，太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。根据所用材料的不同可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。

很明显，在太阳能电池中存在多种物理场之间的耦合，如光－热，光－电等，COMSOL在这方面以其突出的耦合能力，在模拟太阳能电池应用的各个方面得到了广泛的应用。

u              硅太阳能电池中的底板反射

在硅太阳能电池中，由于硅的吸收系数较低，因此需要设法提高光捕获效率，通常在电池表面涂覆成无规则的金字塔形KOH涂层，或者是在底层减少光的反射率。如下图就是利用COMSOL模拟的一个硅太阳能电池的底层反射结果，

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l                      光学捕获

另一种提高光捕获效率的方法是在硅层中采用规则的花纹，例如，通过纳米结构的粒子排列成的阵列，可以有效地提高光学捕获的效果，如下图，通过COMSOL模拟在一个求解域中两个金属纳米圆柱形成的阵列产生的捕获效应，

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u              太阳能热水器

太阳能热水器作为一种绿色能源，应用越来越广泛。下图通过COMSOL模拟热水从上部的太阳能集热器中流入水箱，在水箱中出现的流－热耦合多物理场现象，通过模拟可以得到出水口的水温，

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图中颜色表示温度分布，线表示流线。

u              含聚合物材料的太阳能转换器的寿命分析

在太阳能电池中，光电模块的寿命受到渗透进入的水的影响，会急剧减小。可采用聚合物包覆的方法将光电模块与水隔离开，如下图所示。

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然而水会慢慢进入到不同材料的层间，可以通过数值方法模拟在自然环境下，水进入模块的速度，以及水的分布。与此同时，受日光的照射，模块的上下表面温度差距明显，因而造成模块受热应力变形。这些均可以通过数值方法进行模拟。

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左图为COMSOL模拟的经过一年后，太阳能转换模块中水的分布，中图为温度分布，右图为Von Mises应力分布。

u              热光生电

另一类光电池的应用是通过成像伏打电池（PV），可以直接将热能转换为电能，如下图是一个热成像伏打电池的原理图，

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下图表示一个热成像电池的原型，其中燃料从左侧进入燃烧室，生成的热气经过一个过滤装置进入到反射室和发电室，最终得到电能。其优点在于体积小，效率高，原料多样化，缺点在于燃烧时会产生高温。

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在这个热生电的过程中，存在流－热－化学反应等的耦合作用，如下图是采用COMSOL计算得到的流场、温度场和反应速率等的分布图。

从左到右依次为：流场中的速度场、反应速率以及温度场分布图

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u              高温辐射器

太阳能电池中可以通过添加辐射器的方式增加光捕获效率，此外，在铝融化等多种工业领域需要采用辐射加热的方法，如何使用最少的能量，通过最有效的反射器达到指定的温度成为这种使用的关键。COMSOL在热传应用模式中，通过直接在边界上添加辐射边界条件的做法实现对辐射的模拟，目前COMSOL不仅支持面上的辐射，还支持简化成2D、2D轴对称等维度上的辐射模拟，如下图是一个碗形辐射器中的温度分布，

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