三结砷化镓光伏电池电学特性的理论和实验分析

太阳能高倍聚光光伏发电系统(high concentration photovoltaic system,HCPV)将高效聚光光伏电池与聚光器利用组合在一起,具有较高的效率。针对三结聚光 InGaP/lnGaAs/Ge 叠层光伏电池具有较高效率且温度特性较好的特点,基于单二极管模型等效电路,建立了三结聚光InGaP/lnGaAs/Ge叠层光伏电池电学特性的数学模型,并在不同聚光倍数下(120、130、140和150倍),对三结砷化镓光伏电池的开路电压和电池效率进行了理论分析和计算,并与实验结果进行了对比。结果表明：三结砷化镓光伏电池开路电压和电池效率随着聚光比的逐步增大而增加,随着电池温度的增大而减小。实验结果与理论计算进行了对比,在相同电池温度下,开路电压和电池效率的误差分别为2.04%和8.4%。所建立的三结砷化镓光伏电池的数学模型,为研究其电学性能提供了一定的理论基础,可用来分析和讨论相关参数对高倍聚光式光伏系统性能的影响。     

焦距优化的碟式太阳能热发电聚光器建模分析

太阳能碟式发电,目前较多采用球面反射镜聚光,因光斑几乎为零,无法精确控制且焦点为圆心,对应桁架结构大,加工工艺完成困难且几何聚光比低。为了克服这些缺陷,建立旋转抛物面聚光系统模型:通过论证太阳能取代化石能源的必要性,为得到高聚光比-高光热转化效率的聚光器,设计10 kW碟式热发电系统的碟式聚光器,且研究太阳在聚光器形成光斑与旋转抛物面的焦距关系,当光斑取实际最小值,得到对应的焦距值。应用Solidworks软件建立对应碟式聚光器的3D模型,而且运用Matlab对3D模型进行分析。得到的光斑最小值与碟式的聚光器3D模型为实际工程设计提供碟式光热发电数据基础和指导性意见。     

太阳能光伏/温差复合发电系统效率分析

介绍了分频型和联合型集成太阳能光伏发电和温差发电的复合系统的原理,分别建立了聚光光伏和温差发电系统的数学模型,对不同聚光比和换热系数下的发电系统效率进行了计算和比较.结果表明:分频型复合发电系统效率优于联合型复合发电系统.随着聚光比增大,在冷却良好条件下分频型复合发电系统总效率随之增大,而联合型复合发电系统的总效率随聚光比增大而降低;同时换热系数越高,发电系统的性能越好,但存在一限值.     

聚光光伏-光热综合利用系统性能分析

针对光伏电池发电过程中光电效率低、太阳光得不到充分利用以及光伏电池聚光的问题,西安交通大学设计并搭建了一种聚光光伏-光热综合利用系统,采用复合抛物面聚光器对太阳光进行聚光,采用低成本的二维跟踪系统进行太阳跟踪,设计双层流体通道对光伏电池进行吸热、散热,利用水工质带走红外光产生的热量以及电池产生的废热,通过水工质进口流量的调节,协调电效率和热效率,从而实现高效太阳光热电联用。在所搭建系统上建立了系统评价体系,通过数值模拟对系统性能进行了分析研究。     

基于EBSILON的中低温槽式光热发电系统运行仿真与性能分析

槽式聚光太阳能热发电系统适合气象资源较差的中低温热源能量回收。本文以中低温槽式聚光太阳能热发电全系统为研究对象,采用北京某地区典型年气象数据,对相互耦合的3个关键环节槽式聚光集热系统、储热系统、热功转换系统分别建立独立的数学模型,最终基于EBSILON仿真软件开展了“春分”、“夏至”、“秋分”、“冬至”4个节气日下系统的变工况运行特性研究,分析了机组发电输出功率、槽式聚光器光学转换效率、基本循环热功转换系统逐时效率和全系统光热转换效率等4项指标。结果表明:中低温槽式聚光太阳能热发电全系统在该典型年下,春分日的发电输出功率和基本循环热功转换系统逐时效率都较高;而秋分日槽式聚光器的光学效率和全系统的光热转换效率则表现较优。该研究结果可为中低温槽式光热发电机组的运行提供参考。     

基于太阳能全光谱利用的制氢发电系统性能研究

针对目前光伏光热系统中存在的太阳能全光谱分束技术与甲醇蒸汽重整等问题,基于太阳能全光谱分束技术提出了太阳能光伏-甲醇重整综合发电系统。以线性菲涅耳聚光器为原型,在光伏组件表面喷镀光谱分束薄膜用于光谱的拆分利用。其中可见光部分被光伏电池利用发电,紫外和红外部分被反射至热反应器分解甲醇制备合成气,后通入固体氧化物燃料电池发电。光学分析表明,给定理想分束薄膜光谱特性后,系统光学效率可达90.2%。热力学分析结果表明,该系统具备一定的甲醇热化学分解以及合成气的制备作用,光谱分束薄膜匹配单晶硅光伏组件后系统最高净太阳发电效率可达27.71%,高于传统太阳能聚光集热甲醇重整系统的净发电效率（26.5%）。此外,经济性分析表明,太阳辐照接收面积为100 m2时平准化电力成本为1.4元/(kW·h)。     

多曲面槽式聚光太阳电池发电性能研究

提出一种新型多曲面槽式太阳聚光器,用于太阳能聚光光伏发电应用,其结构主要由多块铝板拼接成多个曲面并固定在型材上.聚光接受体为太阳电池.对平板多晶硅太阳电池和槽式聚光多晶硅太阳电池的发电性能进行实验比较,结果表明,无论在晴天或多云天气,槽式聚光太阳电池发电系统均能提高输出电功率,最大输出电功率是其不聚光时的4.4倍.在测试时间,内聚光光伏发电系统总输出电功率最大值是其不聚光时的4.30倍.     

聚光和冷却条件下砷化镓电池特性研究

为了能够更有效地提高太阳能综合利用效率,首先建立了在聚光条件下能够反映砷化镓光伏电池热、电特性的模型,然后利用该模型对电池的输出特性进行计算,根据计算结果分析了传热过程中的冷却热阻对电池温度、光学转换效率以及电能输出功率的影响。实验研究了砷化镓电池阵列的I-U曲线、填充因子FF以及转换效率h随聚光比的改变而改变的变化情况;同时也从实验角度探讨了电池工作温度对FF、h和最大输出功率Pm的影响。该研究为聚光和冷却条件下的光伏电池热电联供PV/T系统的设计与优化提供了依据。     

槽式太阳能聚光集热系统模拟研究

针对抛物槽式太阳能聚光集热系统光学及几何特性随季节和时间不断变化,需要实时反映单位聚光集热量和集热效率使换热系统精确地蓄、放热,以提高太阳能热发电效率,建立了集热系统数学模型,利用酒泉地区春分、夏至、冬至的实测气象数据对抛物槽式太阳能聚光集热系统进行模拟研究。结果表明,在太阳直射辐照度相同的情况下,太阳入射角越小,集热效率越高。模拟结果将为槽式太阳能电站换热储热系统提供理论依据。     

双面光伏反射聚光发电装置的研究

在分析了平面镜反射聚光对双面光伏发电组件性能影响的基础上,依据反射光线强度随平面镜安装高度h的变化规律,设计了双平面镜聚光发电装置。该装置可以同时实现对太阳方位角和高度角的实时跟踪。根据太阳电池四参数模型和发电装置设计参数,建立了太阳电池发电的Simulink仿真模型。仿真计算表明,双面镜反射后背面发电系数是正面的1.26倍,当背面发电面积为正面的80%以上时,可实现组件发电量倍增。实验测量值与仿真结果基本吻合。     

聚光跟踪一体化光伏组件设计与性能分析

针对目前占光伏主要市场的常规晶体硅太阳电池,提出了聚光器、太阳跟踪机构一体化太阳电池组件方案,该聚光组件通过旋转与移动棱镜组可以达到较好的聚光与跟踪太阳的效果。通过光学模拟计算设计聚光跟踪一体化组件棱镜组结构与棱镜组移动轨迹使之达到最优聚光效果,提出了不同几何聚光比聚光跟踪一体化组件的温度分布与散热计算模型以及表面辐照强度分布不均匀情况下聚光跟踪一体化组件电性能输出计算模型,并根据温度场分布的模拟计算与实验测试数据,评估了聚光跟踪一体化组件不同聚光比情况下实际工作温度与辐照强度分布对输出电性能的影响以及跟踪失效情况的安全性与可靠性。     

聚光光伏技术研究

介绍了聚光光伏发电技术中的几项重要技术——聚光太阳电池技术、聚光光学系统技术和太阳跟踪技术已达到的技术水平。对评价聚光光学系统优劣的三个指标进行了解释,分析了二次聚光器对聚光光学系统的积极效果。展望了聚光光学系统聚光光伏发电技术的发展目标和应用前景。     

聚光光伏发电技术研究与展望

太阳能光伏发电技术近年来发展迅速,但较高的发电成本制约了其大规模的发展。聚光光伏发电技术以其高转换效率,低成本等优势在光伏发电系统中倍受瞩目。文章介绍了聚光光伏系统的构成,以及国际上主要研究聚光光伏技术的公司和研究机构的技术水平、最新的研究成果及其产品,分析了聚光光伏技术的发展目标和应用前景。     

低倍聚光光伏/光热热电联供系统性能分析

低倍聚光光伏/光热(LCPV/T)综合利用技术不仅可以提高发电系统经济性(聚光器成本低于晶硅电池片),还可以提升供热系统热水品质。本文设计了一种新型的低倍聚光光伏/光热组件,采用1/4切片形式的双面发电N型晶硅电池,并搭建双轴跟踪实验台验证不同辐照强度、流量条件下系统的热电性能,得到各参数之间的变化规律。研究结果表明:LCPV/T性能评价理论分析值与实验验证值存在一定差异;在流量为100 L/h的实际运行工况下,LCPV/T系统总效率最高值为70.53%,且LCPV/T系统的最大热效率可达59.84%,电效率17.28%,热功率1 916 W,电功率470 W。     

用于槽式太阳能热发电系统的热管式集热器开发

综合利用槽式聚焦型聚光器和热管式真空管接收器的优点,开发了一种用于槽式太阳能热发电系统的热管式集热器,介绍了这种新型集热器的聚光镜和接收器的结构设计,以能量守恒方程和槽式聚光器的光学特性为基础对集热器的效率进行了计算,结果表明,此集热器效率高于国外现有大部分集热器效率。     

常规太阳能电池低倍聚光条件下的特性研究与应用

为了更好地实现光伏发电效率的最大化,在对常规单晶硅光伏电池光伏特性研究的基础上,研制带有冷却系统并且聚光倍数可调的光伏发电系统,以探究聚光光伏电池输出功率与聚光比之间的关系。通过理论推导和实验验证,得到当聚光倍数在1~50倍变化范围内的变化关系:在室内温度一定的情况下,存在一个聚光比极限,在未达到聚光比极限时,光伏电池输出功率随着聚光比的增加而提高,当达到聚光比极限后,输出功率随着聚光比的增大而减小。原因是随着聚光比的增加,光伏电池的温度急剧增加,影响输出功率。因此,在设计聚光系统时要增加有效的散热系统,以此提高光伏系统输出能力。     

太阳能热声发电系统热电转换性能仿真研究

太阳能驱动的热声发电系统是一种具有广泛应用价值的新型发电系统。本文提出的太阳能热声发电系统以高倍环形菲涅尔聚光器对太阳能进行集热,然后采用行波热声发电系统进一步将太阳能热量转换为电能。该系统采用光学软件Lighttools对新型太阳能驱动的环形菲涅尔聚光器进行光学仿真,计算出聚光器的集热功率,并将集热功率的计算结果与热声模拟软件DeltaEC相结合,对太阳能热声发电系统热电转换性能进行了仿真研究。研究结果证明,所提出的太阳能热声发电系统可行,并为后续的实验研究提供了理论依据。     

一种球面折射型太阳能低倍聚光器的设计

针对抛物面聚光器因受光器阻挡造成的聚光不均匀、不能使用直射光线、占地面积大等缺陷,提出一种采用球面镜折射的低倍太阳能聚光器,给出了聚光比和聚光器体积的计算方法,对单元聚光器相互间的遮光问题进行了讨论,并分析了太阳能聚光器的跟踪控制方式。仿真试验结果表明,采用这种方法单元聚光器在互不遮光条件下可接收额定光强的5倍左右太阳能辐射,可以在太阳能电池标准配置下大大提高光伏系统的输出功率。     

不同聚光倍数下太阳电池的特性及仿真

聚光太阳系统的转换效率较高主要原因为该系统是将聚光器与多结太阳电池进行组合所得。主要以单个二极管模型的等效电路为依据,通过建立三结聚光叠层太阳电池的数学模型,对不同聚光倍数下(200~1 000X)太阳电池的电学特性进行研究,并将实测值与理论值进行比较。结果表明,当聚光比增大时其短路电流、开路电压和电池功率均会增加,而电池效率则出现先升高后下降的趋势。经比较得到,理论值均大于所得实测值,且当聚光比增大时计算误差也会随之增大,但计算误差的最大值均小于7.5%。     

配电网中的分布式光伏系统发电性能仿真

针对基于配电网的分布式光伏发电系统发电性能开展仿真研究。分析了分布式光伏发电系统拓扑结构,根据光伏系统关键部件运行机理,建立了光伏组件、光伏逆变器运行模型,根据光伏组件I-V特性,建立光伏组件阴影遮挡模型。结合现场实际测试,确定光伏系统各环节运行模型参数,通过分布式光伏系统各环节结构以及光伏部件,对分布式光伏系统发电性能进行评估。