户外光谱下聚光多结太阳电池电流匹配的优化

针对户外变化的太阳光谱对多结太阳电池的电流匹配及效率有较大影响的问题,使用SMARTS软件计算青海格尔木地区全年不同时刻的户外太阳光谱,研究高倍聚光下Ga In P/Ga In As/Ge三结太阳电池在格尔木地区户外的输出特性;通过改变三结太阳电池各子电池的电流匹配,优化三结电池结构。结果表明:在不考虑聚光光学系统影响的情况下,中电池标准光谱响应电流比顶电池小5%的Ga In P/Ga In As/Ge三结太阳电池在格尔木地区全年输出的电量最大;而考虑特定光学系统的影响后,中电池标准光谱响应电流比顶电池小2.5%的Ga In P/Ga In As/Ge三结太阳电池在格尔木地区全年输出的电量最大。     

聚光热电系统电池阵列特性及关联参数影响

优选出性能较好的空间太阳电池阵列和砷化镓电池阵列进行聚光实验,研究两种电池阵列聚光特性和特性参数受聚光条件影响,对其建立数学模型,分析系统特性受关联参数的影响。实验表明,空间电池阵列I-V特性曲线随聚光比增加变成直线,其填充因子FF也随聚光比增加而减小,效率η先增加后减少,在8.48倍聚光比时达到最高为8.65%;砷化镓电池阵列I-V曲线随聚光比增加保持较好特性,填充因子FF有所下降,η增加。高光强引起温度的升高对电池阵列输出性能有较大影响,且砷化镓电池阵列受到的影响大于空间电池阵列。计算表明,系统特性参数对性能有不同程度的影响,其中,反射镜面光学效率对系统性能影响最大,为系统优化设计首要考虑因素。     

砷化镓基系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池的发展和应用(1)

介绍以直接带隙Ⅲ-Ⅴ族材料为主体的多结叠层聚光太阳电池的特性和研发进展。据报道,三结叠层GaInP/GaAs/Ge太阳电池已成为空间能源的主力军,四结叠层GaInP/GaAs/GaInPAs/GaInAs聚光太阳电池的效率已达46.5%。在不远的将来,实现高效(50%)、低成本的Ⅲ-Ⅴ族多结叠层聚光电池是有现实可能的。     

太阳能光伏发电供热系统的性能分析

建立了一个二维模型以模拟系统工作性能,讨论了聚光比、冷却水流速度等参数对系统性能的影响.随聚光比增加,太阳电池温度近乎线性增加,而系统电效率先增加后减小,热效率则先减小后增加.冷却水流速度的增加能减小电池温度,增加系统电效率;增加水流速度对系统性能的影响大小与水流所处的流动状态(层流、过渡区、湍流)以及聚光比的大小有关.     

温度和光强对聚光硅太阳电池特性的影响研究

利用恒压频闪式I-V曲线测试仪研究分析温度和光强对聚光硅电池特性参数的影响。研究发现,聚光硅电池开路电压V_(oc) 的温度系数随聚光比升高不断降低,从1倍聚光比的-1.97 m V/K降低到30倍聚光比的-1.71 m V/K,和其理论计算值吻合较好;和普通单晶硅电池开路电压V_(oc) 温度系数相比,该电池的要小,上述说明聚光硅电池在聚光下工作有利于其在较高温度下操作。聚光硅电池填充因子和效率均随温度升高而降低;由于串联电阻影响,该电池效率随聚光比的增大先增后减,适合在小于20倍聚光比下的系统中工作。可进一步优化该电池金属栅线覆盖率和阻值引起的功率损失以提高其适合应用的聚光比。     

基于MATLAB的聚光太阳电池温度的计算研究

以某CTJ 10 mm×10 mm聚光三结太阳电池接收器为研究对象,建立了太阳电池的热学及电学模型,改进了太阳电池的效率表达式。利用MATLAB编程对无散热条件下的太阳电池温度进行了分析计算,得出了在不同环境温度和对流换热系数条件下的太阳电池温度随聚光比变化的规律。计算结果显示:在环境温度为25℃、对流换热系数为5 W/(m2.K)的条件下,500倍聚光对应的太阳电池温度高达492.6℃。     

基于分形换热器的聚光太阳能PV/T一体化系统数值研究

建立基于分形换热器的聚光太阳能光伏光热一体化(PV/T)系统三维物理模型和稳态传热数学模型。采用控制容积法对系统模型进行求解,获得层流状态下不同雷诺数、不同聚光条件下系统内冷却流体的速度场分布、电池温度分布以及系统的电、热性能参数。计算结果表明:在一定范围热电联合效率随雷诺数的增大而增大,随聚光强度增强而增加,随入口温度的降低而增大;太阳电池板表面最大温差随雷诺数增大而减小。     

Ⅲ-Ⅴ族太阳电池的发展和应用系列讲座(5) 砷化镓基系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池的发展和应用(5)

<正>聚光可利用相对便宜的光学系统,成百上千倍地提高照射到电池表面的太阳光强,相应增加电池的输出功率,降低光伏发电系统的成本。而且,聚光还可提高电池的效率。因为在理想情况下,在一定光强范围,电池的短路电流与光强呈正比,而开路电压随光强呈对数式增长。然而,实际的太阳电池器件具有一定等效串联     

复合抛物面聚光太阳能PV/T系统的实验研究

设计并搭建了CPC低倍聚光太阳能PV/T单通道空气系统实验台,对不同工作环境下聚光PV/T系统的热电性能进行了实验研究。实验研究结果显示:在聚光条件下,系统的各表面温度随光照强度的增加而升高,随下部通道入口空气流速的增加而降低。聚光PV/T系统的最大输出功率可达到60W,比对应相同电池面积平板系统最大输出功率高20W。聚光PV/T系统的各效率随光照强度增加而增大,系统的最大电效率为11%,最大热效率为70%,最大火用效率为16%,比单纯发电时最大火用效率提高约5%。实验获得了一批新的有价值的实验数据,为聚光太阳能光伏光热系统的进一步研究提供了依据。     

聚光光伏电池的热平衡与冷却

建立了聚光条件下光伏电池的热平衡方程及电学特性模型,利用模型对电池的输出特性进行了计算,根据计算结果对传热过程中的热阻及电池的串联内阻对电池的温度、光电转换效率及电能输出功率的影响进行了分析。分析结果表明:电池温度随聚光率的增加而升高,电池效率和输出功率随聚光率的增加先增后降,并存在一个最大输出功率;电池冷却过程的热阻越小、工作温度越低,光电转换效率越高、输出功率越大;电池本身串联内阻越大,电池的效率越低、输出功率越小。根据分析结果提出,要使硅电池在聚光条件下长期高效、稳定安全的运行,必须对电池进行适当的冷却,要尽可能减小电池的串联内阻。     

背表面场聚光硅太阳电池测试结果和理论预测的比较

研制成功了基体电阻率为1Ω-Cm的n~ -p-p~ (背表面场)聚光硅太阳电池。用电压叠加法原理,借助于计算机获得了电池在1—100个太阳(一个太阳为AM1光强——100mW/cm~2)下的开路电压、高低结电压、基区电压、短路电流密度和效率的理论数值。电池在1—65个太阳下测试得到的结果和计算机提供的理论数值一致。电池在30个太阳下的效率达到18.8％,在65个太阳下达到15.1％。测得电池的电压温度系数为1.995mV/℃。本文强调了1Ω-cm n~ -p-p~ 聚光硅太阳电池对提高聚光方阵性能的意义。     

聚光光伏冷却系统的实验研究

加工聚光太阳电池组件系统及其强制水冷装置并对其进行实验研究,采集一天中该电池的温度、发电功率、效率等数据,与固定安放的太阳电池进行对比。实验结果显示,聚光太阳电池在测量时段内的输出电功率始终明显大于固定太阳电池,采用水冷的聚光太阳电池的温度基本在60℃以下,此外,还分析冷却水流量对聚光太阳电池热效率和电效率的影响。     

两级聚光光伏系统中砷化镓电池特性的实验研究

针对一般聚光系统中光斑不均匀而导致电池性能下降的问题,设计并搭建了具有二级聚光器的碟式聚光光伏发电系统,介绍了系统的结构及工作原理,进行了户外实验。在相同聚光比条件下(150X),与单级聚光系统相比,三结砷化镓光伏电池的平均峰值功率为1.515 W/cm2,平均效率为29.29%,平均峰值功率和平均效率分别提高了23.32%和9.12%。     

常规太阳电池聚光特性实验

为进一步开发常规电池的聚光光伏系统,采用光强大范围可调的恒光强单脉冲太阳电池测试系统,对室温下聚光强度为1～10kW／m~2和恒定光强下15～110℃条件下常规太阳电池的特性进行了试验测试。结果表明,室温下常规太阳电池的最佳工作点电压V_m和光功率放大系数a随入射光强增加呈现先增后降的趋势,并且串联电阻小的电池下降速度慢,串联电阻大的电池下降速度快；温度对晶体硅太阳电池的工作电压和输出功率相当敏感；在严格控制太阳电池工作温度的条件下,串联电阻小的电池在较宽的聚光范围内可以获得良好的使用效果。     

太阳能等照度带聚焦菲涅耳透镜研究

为了提高聚光发电时太阳电池的光电转换效率,从提高太阳电池表面会聚光强分布的均匀性入手,对传统平板型线聚焦透镜进行改进,提出一种用于聚光光伏发电的等照度带聚焦菲涅耳透镜设计方法。带聚焦菲涅耳透镜分为奇数个单元,每个单元宽度与太阳电池宽度相等,单元内所有尖劈角φ相等并将太阳辐射等宽度折射至太阳电池表面,从而实现各单元透过的太阳能等照度叠加。最大聚光比由光伏电池宽度、透镜与太阳电池间距以及透镜材料折射率决定。对带聚焦和线聚焦两种透镜聚光条件下电池表面温度分布情况进行比较分析,验证了等照度带聚焦透镜设计的可行性。     

聚光太阳能热电系统的实验研究

利用所设计的2m~2槽式聚光热电联供系统,对晶硅阵列和砷化镓电池阵列进行性能测试实验,结果表明:砷化镓电池阵列的聚光特性优于晶硅电池阵列。优选出一定聚光比作用下性能较好的砷化镓电池阵列建立10m~2槽式太阳能聚光热电系统,实验表明:10m~2系统的电池阵列电效率为23.21%,系统光电效率和光热效率分别为9.88%和49.84%,系统(?)效率为13.48%,比基于槽式聚光加热真空管系统(?)效率高158%,比平板光伏发电系统(?)效率高16%。对采用空间太阳电池阵列的10m~2聚光热电系统性能分析表明,槽式聚光热电联供系统发电成本已与平板的持平,且每年还可提供4838.38MJ热量供用户使用。     

串联电阻对三结砷化镓光伏电池电学特性的影响

基于光伏电池单二极管等效电路模型,建立三结砷化镓（GaInP/GaInAs/Ge）太阳能电池数学模型,并提出了太阳能电池串联电阻的计算方法。计算不同温度（298、318、338和358 K）及不同聚光倍数（200X、300X、500X和1 000X）下三结砷化镓聚光电池的串联电阻,并分析在不同温度及不同聚光倍数下,串联电阻对聚光光伏电池性能的影响。结果表明：当聚光倍数为200X时,三结砷化镓太阳能电池的填充因子从298 K的86.43%降低到358 K的83.60%,电池效率从298 K的37.53%降低到358 K的33.70%;当温度为298 K时,三结砷化镓太阳能电池的填充因子从200X的86.43%降低到1000X的80.34%,转化效率先从200X的37.53% 增加到500X的38.25%,再降低到1000X的37.43%。〖KH2D〗     

聚光光伏系统热管散热器的实验研究

聚光太阳电池温度是影响电池转换效率、安全稳定性及使用寿命的重要因素。针对聚光光伏系统中因高热流密度带来的电池散热问题,设计一种新型平板式不锈钢材质热管散热器,并进行相关的实验研究。实验结果表明:热管散热器的最佳充液率范围为20%~30%;新型热管散热器基板的扩散热阻约为0.1 K/W,而普通铝型材为0.38 K/W,热管散热器均温性更佳;在自然对流条件下,当确保模拟电池温度不超100℃时,热管散热器可应用于最大聚光比为78.57的太阳电池散热;且研究发现工作范围内的太阳电池角度变化对热管散热器的影响不大,热管散热器能同时适应折射型和反射型聚光光伏系统。     

一种高倍聚光光伏系统中太阳电池冷却的实验研究

针对高倍聚光光伏系统电池片发电效率受温度制约的问题,设计并搭建一个双轴跟踪的碟式聚光光伏发电系统,并进行户外实验。系统采用两相闭式虹吸热管为三结Ga In P/Ga In As/Ge太阳电池进行散热。研究结果表明:在聚光比为150,蒸汽饱和温度为343.2 K的工况下,热管中水的充注率为30%时,电池片温度与热管蒸发端平均温度最低;在充注率为30%,蒸汽饱和温度为343.2 K的工况下,随着聚光比的增大,电池和蒸发端的平均温度也随之增大;同时,电池片与蒸发端底部的温差较大,特别是在高倍数聚光工况下。所收集的数据可对碟式聚光光伏系统散热问题的研究提供一定的参考价值。     

矩阵型聚光光伏光热一体化系统热电性能研究

提出了一种矩阵型聚光光伏光热一体化系统,设计并制作了具有传热效率高等优点的水冷型PV/T接收器;设计了聚光比为13.58的聚光太阳能系统,并建立了实验系统;研究了太阳辐射强度的变化对电池性能的影响,以及太阳辐射强度对聚光系统综合热电性能的影响。实验结果表明:在相同环境和实验条件下,聚光太阳电池输出的最大电功率为65.1 W,对应的光电转换效率为12.1%;非聚光太阳电池输出的最大电功率为8.3 W,对应的光电转换效率为13.4%;而矩阵型聚光光伏光热一体化系统的热电综合效率达到71%。