单抛物反射面聚光光伏系统的性能研究

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1、第29卷第11期太阳能学报Vo1．29．No．112008年11月A(lAENERGIAESOLARISSINICANOV．，2008文章编号：o254-oo96{2o~)11-1333-05单抛物反射面聚光光伏系统的性能研究成珂，张立希(西北工业大学空调制冷与太阳能应用研究所，西安710072)摘要：为了提高常规光伏电池组件利用率，该文采用单抛物反射面建立了聚光光伏系统，并与常规平板系统对比，进行了性能研究。该系统利用控制机构，根据太阳高度角决定单抛物反射面是否立起工作，对太阳辐射低倍率聚光，

2、避免了聚光后辐照度过高，表面温度升高也较小。对比常规平板系统，夏至附近短路电流提高了约12．6％，开路电压提高了约0．5％；冬至附近，短路电流提高了约36．4％，开路电压提高了约1．4％。另一方面，夏至附近不聚光的最高辐照度为842W／rn2，冬至附近聚光的最高辐照度为834W／m2，不会损伤光伏电池组件，可采用普通多晶硅光伏电池组件，且不需要冷却系统。研究表明，采用该系统能以较小的成本获得以上受益，发掘了常规光伏电池组件应用潜力，为进一步提高光伏发电系统的性价比提供了方法。关键词：光伏电池；聚

3、光光伏系统；单抛物反射面中图分类号：TK513文献标识码：A象，严重时会对局部区域造成破坏作用。因此，为了0引言克服以上弱点，采用表面并不光滑的低反射率反射采用聚光光伏技术，增大入射太阳辐射的密度，膜，同时在达到接收太阳辐射峰值周围时间以外，对从而提高光伏组件的能量输出，是近年来国内外的较低的人射辐射进行低倍率聚光。在这种情况下，一个研发热点。该技术一般采用高倍率聚光，需要照射到光伏电池组件表面的总辐照度不高，分布也精密的太阳跟踪系统以及设计制作能在高倍率聚光较均匀，不损伤光伏组件，可采用普通多

4、晶硅光伏组下工作的光伏组件(如提高栅线密度)。同时，光伏件，且不需要冷却系统。组件的能量输出是温度的负效应，因此常采用水来冷却光伏组件¨j。实现以上技术，提高了系统的1系统原理成本和复杂度。如图1所示，系统朝正南摆放，倾斜角采用当为了降低成本，文献[6，7]采用单面镜面作为反地纬度。光伏电池组件置于底部，为普通多晶硅电射面，在太阳辐射较强的时间(太阳时12：0o前后池组件。系统采用单抛物反射面作为反射面，为了3h)低倍率聚光，以小于光伏系统成本5％的代价，提降低成本，采用一层普通工业用铝塑纸覆盖

5、，且表面高系统20％的效率。文献[8]采用非对称CPC形不光滑。该反射膜虽反射率较低(约为0．65)，但价式，利用常规单晶硅光伏电池，在低倍聚光条件下进格低廉(仅1￥·m)。通过一个简单的控制机构依行聚光发电。在光伏系统一天的工作周期中，光伏据太阳高度角进行单抛物反射面的工作状态控制，电池组件表面的太阳辐射是随时间变化的，一般中从而实现一个低倍率聚光光伏系统。间较强，两边较弱。在太阳辐射较强时进行聚光，光单抛物反射面仅在太阳高度角较低时工作，此伏电池表面温度也较高，正如文献[8]的研究结果，时光

6、伏组件可以同时利用直接的太阳辐射和通过抛其常规光伏电池组件工作温度典型值达7O℃。物反射面反射的太阳辐射。由于是来自两方面的太本研究采用单抛物反射面聚光，然而这种形式阳辐射，因此提高了光伏电池组件表面的入射太阳会造成太阳电池表面光谱辐照度分布不均匀的现收稿日期：2007-05—24基金项目：国家自然科学基金项目(50576078)；西北工业大学青年科技创新基金通讯作者：成珂(1973一)，男，博士、讲师，主要从事太阳能利用、人机环境方面的研究。chengke,nwpu@sohu．corn太阳能学

7、报29卷辐照度，从而提高其能量输出。如图2所示，根据入此时，常规平板型CPC集热器的理论聚光比为：射太阳辐射与平板的角度，系统有两种工作方式，分c==1(2)别为：1)当太阳高度角小于n／2一，单抛物反射面立也就是说系统设计时，需要保证：起，光伏电池组件接收直接照射与通过抛物反射面c≤1(3)反射的太阳辐射；2)当太阳高度角大于n／2一，单抛物反射面倒下，光伏电池组件仅接收直接照射的太阳辐射。可以看出，系统的缺点是需要增加一个根据太光伏电阳高度角控制单抛物反射面工作状态的机构。但仅组件有两种工作

8、模式，因此只需要一个简单的电子机械机构即可实现。图3单抛物反射面设计模型工作Fig．3Designingmodeloftheconcentratingphotovoltaicsystemwithasingleparabolicreflector系统正南朝向，倾斜角与西安纬度相同，为35。34。根据以上原则，选取相对于常规平板型CPC＼南集热器的理论聚光比C=1．2，半接收角0=56．4。，焦距厂=176．9mm。此时，d为常规平板型CPC集图1单面抛物面聚光光伏模型热器的进口口径，为231．6m