COMSOL 主题日：清洁能源

光伏技术是目前最具潜力的清洁能源生产技术之一。为了提高其在工业应用中的可行性，制造商需要降低硅基太阳能电池的成本。COMSOL Multiphysics^® 软件可以对光伏电池工作过程中存在的不同物理现象进行耦合分析，帮助工程人员优化光伏电池的设计和生产工艺。此外，软件还支持自由定义复杂工况条件，例如指定特定日期和地点，分析实际工况条件下的太阳能电池性能。

COMSOL 软件提供了描述光伏电池 P-N 结（或 P-I-N 结）的仿真功能，可用于提高光电转换效率以及计算发电功率。同时，COMSOL 软件还可以研究掺杂分布、可变折射率、薄层电阻等设计参数，从而降低欧姆和复合损耗，最大化载流子收集效率。

在本环节中，我们将介绍如何使用 COMSOL 多物理场软件对光伏电池进行仿真分析。

随着低碳绿色能源转型，绿色氢能被认为是未来取代传统高碳能源的关键技术之一，具有广阔的发展潜力。绿氢的制备需要高效的电解水制氢技术，电解槽作为绿氢制备的关键设备，在其工作过程中存在复杂的物理和化学现象及其之间的相互作用。借助 COMSOL 多物理场仿真，工程人员可以理解电解槽等设备的内部工作原理，获得实验所无法测定的数据，并对各种运行条件进行虚拟测试，优化设计方案并提高产品性能。

本次演讲将介绍 COMSOL Multiphysics^® 多物理场仿真软件在绿氢行业中的应用，我们将展示如何对碱性（ALK）、质子交换膜（PEM），以及固体氧化物（SOEC）等常用电解槽中的电化学反应、温度控制，以及结构优化等问题进行模拟和分析，还将介绍 COMSOL 软件在氢储运和燃料电池研发中的应用。

地热能以其清洁无碳排放、储量丰富且分布广泛的特点，已成为能源结构中的重要一环，已广泛应用于发电、供暖、种植养殖等领域。但地热能开发仍面临许多技术挑战，例如，在深井钻井、地热流体处理与回灌过程中可能出现的热储压力变化和温度降低、地面沉降、热突破、地埋管换热效率等。COMSOL Multiphysics^® 提供经过验证的多物理仿真技术，通过简洁易用的图形化界面，快速实现传热、流动、力学和化学（THMC）等多物理场的耦合计算，并可方便转化为特别适用于野外现场快速评估的多物理场仿真 App，在地热能领域也已得到广泛的应用。

在本环节中，您将了解 COMSOL 多物理场仿真在地热能开发中的应用，涵盖地埋管换热器、同轴管换热器；地热回灌，包括对井回灌和群井生产性回灌；增强型地热系统（EGS）等。

风力发电场通常建立在常年存在强风的地区，这同时也意味着雷暴天气也存在于这些地方。风力涡轮机由于其金属结构以及离地高度原因，非常容易遭受雷击。COMSOL 多物理场仿真已广泛应用于风力发电设备的雷击风险评估，软件中的功能可以帮助工程师预测风力涡轮机在雷击状态下的电流密度分布、电场强度，以及由此所产生的温升，并可以使用所获得的温度分布估算风力涡轮机中复合材料的树脂降解和分离风险。

在本环节中，我们将概述 COMSOL 多物理场仿真软件在风力涡轮机防雷系统设计中的应用，并将以具体案例为例，演示模型建立方法以及仿真 APP 的开发。

随着清洁能源技术的快速发展，对储能的需求日益增加。储能电池作为电化学储能系统的核心部件，其安全与寿命对于电化学储能技术的发展至关重要，正受到越来越多的关注。

多物理场仿真已成为研究储能电池以及储能电池系统设计和运行的重要工具。COMSOL 多物理场软件可将电池内的电化学过程与锂离子插层引起的力学效应、发热、传热和计算流体动力学（CFD）等耦合起来，所获得的多物理仿真模型不仅可用于研究电池单体的电化学性能、产热、发热温升，以及温度变化对电池性能的影响，还能够用于优化电池包中的热管理和预防热失控设计。

在本环节中，您将了解 COMSOL 软件在电化学储能领域中的应用，包括储能电池和储能系统热管理、性能和寿命预测等方面。

COMSOL Multiphysics^® 可以助力清洁能源领域的创新与发展，软件提供了独特的多物理场仿真功能，并且可以便捷地创建独立的仿真 App。

App 开发器和 COMSOL Compiler™ 提供了创建和部署仿真 App 的功能，可以将多物理场仿真的优势带给更多的科学家和工程师。软件中还包含基于仿真数据创建代理模型的功能，以及深度神经网络（DNN）和高斯过程等高级函数逼近功能，使仿真 App 的计算速度快如闪电。将仿真 App 与数字孪生相结合，可以让用户很方便地进行设备运维和流程操作。

在本环节中，您将了解如何在 COMSOL 软件中创建仿真 App 以及数字孪生模型。