非对称CPC聚光光伏组件实验研究

摘要

太阳能光伏发电在未来能源结构和社会发展中占有重要的地位。开展聚光光伏发电实验研究不仅对于降低太阳电池发电系统成本，推动光伏发电技术的大规模应用；而且对于节约常规能源保护生态环境都具有重要的意义。本文在实验研究多晶硅太阳电池输出特性的基础上，研究设计了非对称复合抛物面(CPC)低倍聚光器；通过优化设计研制出适用于CPC低倍聚光器的多晶硅光伏组件，并对组件的输出特性进行了实地测试和分析评估。 本文实验研究了多晶硅背场结构太阳电池在不同辐射强度下的输出特性，实验发现在较弱光照情况下，随着光强的增加多晶硅太阳电池输出特性曲线得到改善，继续增加光强输出特性变差。实验结果表明多晶硅太阳电池输出特性存在一个最佳太阳辐射强度范围，对应本实验用背场多晶硅光伏电池在太阳辐射强度1-2.8kw/m~2范围内工作具有较好的输出特性。 通过对各种低倍聚光器的性能分析和选型设计，发现非对称复合抛物面聚光器在有效聚光比小于3下工作既不需跟踪也有利于全年接受的太阳辐射量相对均衡。通过理论计算、优化结构和性能模拟，设计出了适用于背场多晶硅光伏电池的非对称CPC聚光器。 本文研究设计了适用于固定式非对称CPC聚光器的光伏电池组件结构，并研制出适用于为常用12伏蓄电池充电的多晶硅光伏组件。该组件与非对称CPC聚光器构成的发电系统，有效聚光比约达2.46，输出功率提高2.13倍。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 太阳电池发展历史和趋势

1.2 晶体硅太阳电池的技术发展

1.3 本文的研究目的和意义

1.4 本文的特色与创新

第二章 提高晶体硅太阳电池的转换效率分析

2.1 晶体硅太阳电池的工作原理

2.1.1 光的反射与折射

2.1.2 半导体中的光吸收

2.1.3 光电转换

2.2 太阳电池的性能参数

2.3 太阳电池的伏安特性及等效电路

2.3.1 单指数数学模型

2.3.2 双指数数学模型

2.4 影响电池效率的因素

2.5 复合损失

2.5.1 表面复合

2.5.2 重掺杂的影响

2.5.3 俄歇复合

2.6 提高太阳电池效率的主要途径

2.6.1 太阳电池转换效率的极限

2.6.2 提高太阳电池效率的主要途径

第三章 晶体硅太阳能电池的输出特性研究

3.1 晶体硅太阳电池背场结构的研究

3.1.1 背场对短路电流和开路电压的影响

3.1.2 背场对电池厚度的影响

3.1.3 背场对填充因子的影响

3.2 晶体硅太阳电池的输出特性的实验研究

3.2.1 实验仪器及实验方法

3.2.2 实验结果与分析

3.2.3 实验结果总结

3.3 晶体硅太阳电池的输出特性的理论分析

3.3.1 光注入下n~+-p结的 I-V特性

3.3.2 串、井联电阻的影响

3.3.3 辐照度的影响

3.3.4 温度的影响

3.4 小结

第四章 低倍非对称 CPC聚光器的设计

4.1 太阳的运动

4.1.1 日地运动

4.1.2 太阳角的计算

4.1.3 斜面上的太阳入射角

4.2 聚光器设计

4.2.1 聚光器简介

4.2.2 复合抛物面聚光器

4.2.3 非对称CPC聚光器

4.3 小结

第五章 非对称 CPC光伏组件的设计与特性分析

5.1 硅太阳电池工程模拟方法

5.1.1 模拟方法1

5.1.2 模拟方法2

5.2 非对称 CPC聚光组件的设计

5.2.1 聚光比的选择

5.2.2 选择倾角的原则

5.2.3 太阳辐照量的计算

5.3 应用设计实例

5.3.1 辐照量的计算

5.3.2 组件的封装与特性测试

5.3.3 组件输出特性预估

5.4 小结

第六章 结论与展望

致谢

参考文献

附录