高倍聚光光伏模组中不同二次聚光结构性能研究

目前高倍聚光光伏(high concentrating photovoltaic,HCPV)模组效率与III-V多结高倍聚光太阳电池效率相比还有很大差距;而在高倍聚光光伏模组中,常用菲涅尔透镜及二次聚光器作为聚光器件。不同的聚光结构会对光照及温度分布产生影响,进而影响模组整体的输出特性。通过对室外条件下不同二次聚光类型的高倍聚光光伏模组性能进行实验探究。结果表明二次聚光棱镜模组具有较好的温度均匀性和光线接收角,实际发电性能较优。对于二次聚光模组的设计具有参考意义。     

高倍聚光光伏模组中菲涅尔透镜沿光轴方向的光照非均匀性变化及影响

对于菲涅尔透镜作为主要聚光器件的高倍聚光光伏模组,应用中通常把多结电池放置于透镜焦平面处,然而光学系统非理想性造成焦平面处的光照非均匀性,会影响三结电池及模组整体的输出特性。本文通过光线追踪模拟和三维三结电池网络模型,分析沿光轴方向不同位置,菲涅尔透镜聚光光照非均匀性的变化,以及对高倍聚光光伏模组的影响机理和优化。结果表明沿光轴填充因子与光照非均匀性有密切关系,沿光轴不同程度的光照非均匀性导致不同程度的横向电流,填充因子随之发生变化,在远离焦平面的位置存在更优的填充因子,提升最大输出功率。实验结果也很好地验证了模拟的结果,本文结论对实际应用中高倍聚光光伏模组的结构优化有参考意义。     

基于微热管的高倍聚光光伏模组新型散热实验研究

高倍聚光光伏(HCPV)模组凭着其特有的优势,近些年得到了广泛的应用。HCPV模组采用的是III~V族多结太阳电池,尽管如今III~V族多结太阳电池的实验室最高光电转换效率已高达46.0%,而采用三结电池的HCPV模组,其最高转化效率只有35%左右。造成HCPV模组效率下降的主要原因之一就是模组的散热和工作温度均匀性问题。因此,如何对HCPV模组进行有效地均匀散热对提高模组转化效率具有重要的意义。热管作为一种高效相变传热技术,具有当量导热系数很高,且恒温传热的特点。本文针对典型HCPV模组的热流分布特点和结构特点,采用扁平微热管阵列作为新型散热器,实验研究了基于微热管阵列散热的HCPV系统的光电特性和散热特性。研究结果表明,优化工况下,采用微热管阵列作为散热装置的HCPV模组必常规HCPV模组其输出功率大约提高22%,表明该散热结构具有很好的应用前景。     

浸没冷却液体对聚光三结电池电性能的影响

为把直接液浸冷却方式应用于采用密排III-V族电池组件的高倍聚光光伏系统,分析了适用于浸没冷却高倍聚光下III-V族聚光三结电池候选液体的种类、液膜厚度对Ga In P/Ga In As/Ge聚光三结电池电性能的影响,探索了该电池在液浸条件下电性能变化的机理.结果表明:不同液体液膜厚度对聚光三结电池短路电流的影响远大于对其开路电压的影响;随着浸没液体厚度的不断增加,聚光三结电池的效率呈现先升高后降低的趋势,在4.0 mm液厚时效率达到最大,其中化妆级白油在此厚度浸没下电池效率可提升8.99%.机理分析表明:薄液膜的存在降低了聚光三结电池表面的菲涅尔反射的光学效应和液体分子的吸附降低了电池表面复合速率的电学效应是引起电池效率提升的主要原因.     

聚光型混合光伏光热系统热电性能分析

混合光伏光热(PV/T)系统将光伏组件与太阳能集热器组合在一起,能够同时提供电能和热能,具有较高的太阳能综合利用效率.建立了具有平板式蛇形冷却通道的聚光型混合光伏光热系统的三维稳态模型,对其中的光电光热转换以及流体流动和传热过程进行了数值模拟,得到了聚光比、冷却流体质量流率、环境风速,以及是否加装玻璃盖板等对系统性能影响的规律.     

硅太阳电池聚光光伏组件的温度场有限元分析

本文介绍了利用有限元方法分析模拟硅太阳电池聚光光伏组件的温度场,得到影响硅太阳电池聚光光伏组件温度变化的主要因素,为硅太阳电池聚光光伏组件的散热设计提供依据。     

聚光和非聚光太阳能光伏电池发电实验比较

本文主要比较了聚光和非聚光条件下太阳能光伏电池的伏安特性以及光伏系统的发电性能。实验结果表明,采用平面镜反射的低倍聚光方式可以增加常规太阳能光伏电池的输出功率．而且能改善光伏发电系统的可靠性,有效增加光伏发电系统的日发电量。     

二次反射聚光装置光电特性的实验研究

自行设计研制了折平面二次反射聚光光伏装置,该装置特点是,平面反射,电池板上光照强度均匀;光伏单元纵向首尾相接,反射叠加可抵减余弦效应;固定安装定期方向调节,无转动部件,抗台风能力强;一次反射和二次反射背板背背相靠,节约占地面积.其光伏输出特性实验研究表明,二次反射聚光发电装置比无反射常规固定安装电池板,光电输出功率提高...     

菲涅尔高倍聚光PV/T系统的均光优化与热特性研究

为提高三结砷化镓太阳能电池芯片表面能流分布的均匀性,对菲涅尔高倍聚光PV/T系统采用正交试验法进行多因素均光优化,并根据极差分析结果进一步优化得到光斑均匀性89.11%、光学效率89.29%、接收角1.09°的菲涅尔高倍聚光系统。将计算所得能流密度加载至电池芯片表面,通过有限元分析法模拟了电池芯片的温度分布,并与原系统、菲涅尔单级聚光系统和理想均匀辐照度下电池芯片温度分布进行比较。研究结果表明优化后的能流分布更均匀;电池芯片表面的温差随着能流密度分布均匀性的增加而减小,优化的菲涅尔高倍聚光系统能有效降低电池芯片中心位置能流密度,提高能流和温度分布的均匀性。     

双V型槽式低倍聚光光伏系统实验研究

为了减少单位产能所需的电池面积和降低光伏系统发电成本,采用低倍聚光器将太阳光汇聚在光伏电池上,对太阳电池进行低倍聚光.设计双V型槽式低倍聚光光伏系统,利用太阳跟踪系统和数据采集系统研究了在不同聚光条件下,常规单晶硅太阳电池组件的短路电流、开路电压、最大功率等电池特性参数,利用在电池组件下加装散热器来解决聚光后组件温度升高的问题.实验结果表明,采用双V型低倍聚光后,电池功率提高了27%,短路电流提高了25%,开路电压和填充因子变化不大,电池表面温度升高到44.8℃.利用双V型槽式低倍聚光光伏系统,增大了电池组件发电功率,为使用简单可靠的聚光器降低光伏系统发电成本提供了有效方法.     

一种聚光光伏/光热混合发电系统的能量分析(英文)

为了提高聚光光伏系统的能量利用效率,本文提出了一种新型的聚光光伏/光热混合发电系统.该系统主要由带有蒸发冷却装置的聚光光伏模块、光热接收器和有机朗肯循环组成.液体有机工质在冷却聚光光伏模块时吸热蒸发,而后流经外围低聚光光热接收器时加热成为过热蒸汽,最终经由有机朗肯循环发电.针对该混合发电系统,本文提出了稳态模型,并进行了系统能量分析.结果表明利用聚光光伏模块外围的低聚光能量可以有效产生较高温度的过热蒸汽.当聚光比为500倍时,该系统可以将整体光电转换效率从传统的聚光光伏电池的28.4%显著提高到44%.因此,该混合发电系统为太阳能的更高效率发电提供了新的发展方向.     

新型光伏楔形聚光器的聚光性能

利用几何光学和菲涅耳公式(Fresnel formula),在楔形聚光器的横截面上推导出楔形聚光器的几何聚光比、光线接收范围、透明材料的折射率、楔形顶角四者之间的关系。在此基础上,通过优化设计聚光器的反射面,提出了一种新型楔形聚光器。这种聚光器的反射面是由一部分平面、一部分抛物面组成,使折射到抛物面上的光线直接被反射到出射面上,从而提高楔形聚光器的聚光比。理论计算结果表明,当楔形顶角相同,透明介质相同且折射率为1.5时,在透射率大于90%的条件下,新型楔形聚光器的聚光比可比普通楔形聚光器提高约28%,但聚光均匀性有所下降。实验测试结果也验证了理论计算结果的准确性。总体而言,对于低倍光伏聚光系统,聚光均匀性要求不高,新型楔形聚光光伏组件具有较好的聚光性能及能量输出性能,具有应用价值。     

基于微热管的太阳电池HCPV模组新型散热研究

高倍聚光光伏(HCPV)模组凭着其特有的优势,近些年得到了广泛的应用。HCPV模组采用的是III-V族多结太阳电池,尽管如今III-V族多结太阳电池的实验室最高光电转换效率已高达46.0%,而采用三结电池的HCPV模组,其最高转化效率只有35%左右。造成HCPV模组效率下降的主要原因之一就是模组的散热和工作温度均匀性问题。因此,如何对HCPV模组进行有效地均匀散热对提高模组转化效率具有重要的意义。热管作为一种高效相变传热技术,具有当量导热系数很高,且恒温传热的特点。本文针对典型HCPV模组的热流分布特点和结构特点,采用扁平微热管阵列作为新型散热器,实验研究了基于微热管阵列散热的HCPV系统的光电特性和散热特性。研究结果表明,优化工况下,采用微热管阵列作为散热装置的HCPV模组必常规HCPV模组其输出功率大约提高22%,表明该散热结构具有很好的应用前景。     

一种蝶式聚光新型太阳能汽车

设计了一种新型蝶式聚光太阳能汽车,阐述了其基本构造及工作原理,并对这种聚光系统所对应的光伏系统进行了计算与选型,分析认为此种太阳能汽车达到了一定的聚光效果,提高了太阳电池转换效率,但在行驶的过程中不太稳定,适合观光车,短途代步车等。     

槽式聚光系统聚光硅电池阵列特性实验研究

利用所设计的槽式聚光热电联供系统,对栅线平行分布和反方形分布的两种聚光硅太阳电池阵列进行了性能测试研究。结果表明,在能流聚光比为20倍的槽式聚光器下,两种电池阵列的光电效率分别为11.42%和13.89%,最大输出功率分别比聚光前放大16.06倍和19.33倍。两种电池阵列Pm、FF和η的温度系数分别为:-0.047 W/K、-0.45%/K、-0.035%/K;-0.029 W/K、-0.176%/K、-0.105%/K.研究结果为中低倍聚光系统聚光电池的选择和槽式聚光热电联供系统性能的优化提供参考。     

一种新型聚光光伏组件的光学设计

传统的聚光光伏组件(CPV)采用菲涅耳透镜聚光或者大型反射式聚光。这些组件的尺寸较大,不利于聚光光伏组件的小型化与模块化。该文主要设计制作了一种新型平板反射式聚光器,并应用到聚光光伏系统中完成相关测试,上述工作均在顺德中山大学太阳能研究院完成。该文提出了一种新型的平板反射式聚光器的设计方法。文章首先介绍聚光器的建模方法,然后进行软件模拟与分析,最后制作聚光器并组装成聚光光伏组件(CPV)进行相关测试,组件的结构设计也将详细介绍。测试结果表明通过该光学设计方法能够灵活,有效的设计适应不同应用要求的反射式聚光器。     

微型抛物面槽式聚光集热器光学性能研究

为使太阳能聚光集热器与建筑更好地结合,提出了一种聚光比为3.4的微型抛物面槽式聚光集热器。从光传播损失、余弦损失以及阴影损失3个方面,建立了微型抛物面槽式聚光集热器光学效率的理论模型;用Sol Trace对微型抛物面槽式聚光集热器的光学效率进行了模拟计算,计算了南北水平和东西水平放置下春分、夏至、秋分和冬至日的平均光学效率,并讨论了集热器与水平面倾角δ对光学效率的影响。结果发现:阴影损失是影响该集热器光学性能的主要因素;集热器南北和东西水平放置时的光学效率分别为54%和48%,而东西放置且与水平面倾角为60°时的光学效率为51%。因此,该集热器可用于建筑物屋顶以及南立面墙,具有很好的应用前景。     

太阳能高倍聚光的方案优化及装置构建

通过分析和对比由菲涅耳透镜、曲面透镜、抛物碟式反射镜组合的聚光方案,得到了太阳能聚光的优化方案.基于理论分析发现,光学系统的效率依赖于光学部件及其结构设计,两级反射式系统能够比两级透射式拥有更高的光学效率.但在接收尺寸相同范围内,两级反射式需要更高的追踪精度,然而提高追踪精度势必增加聚光系统的复杂性和经济性.据此分析,构建了一套由菲涅耳透镜组成的两级透射式高倍太阳能聚光装置,并做了初步的对比性测试.     

V形槽式低倍聚光光伏光热一体化组件性能

设计搭建了一种V形槽式低倍聚光光伏光热一体化(PV/T)组件,将V形槽式聚光器与无空腔型PV/T组件结合起来。通过Trace Pro软件模拟发现,V形槽式低倍聚光PV/T系统单日制热量的增加百分比随安装角度的增大呈先增大后减小的趋势。当安装角度为23°时,增强作用最明显,聚光后光热转化功率能提高8.57%。实验结果表明,安装角度23°时总发电量比原来提高了19%。通过动态调整反光铝板安装角度,发现在太阳光照强度最强时V形槽安装角度在20°~30°之间移动时,整体的聚光效率最高。V形槽式低倍聚光PV/T组件的光伏光热效率均高于原有的无空腔PV/T组件和有空腔PV/T组件,具有较大的应用价值。     

太阳光光纤传导系统聚光效率研究

光纤聚光系统具有非常重要的应用前景,因此,提出以光纤为传输介质的太阳光光纤传导系统的聚光方案,将太阳光经菲涅耳透镜-锥棒两级汇聚以实现高效聚光。利用光学模拟软件研究添加锥棒进行二级汇聚的系统聚光效率,并通过改变锥棒参数进行效率变化的对照分析。研究了锥棒接收端半径、输出端半径、锥棒的圆柱体部分和锥体部分比例等因素对系统聚光效率的影响。结果表明,锥棒在有效增大耦合进入到光纤的光通量、提高汇聚耦合效率的同时,还可以减小太阳光入射偏角带来的耦合效率降低的影响。