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聚光條件下太陽能電池的熱電特性分析

作者:admin????來源:未知????發布時間:2021-12-23 11:25????瀏覽量:
能源是人類面臨經濟發展和環境維護平衡時要處理的最底子最重要的問題。能源儲存的有定量問題促進人類去開發、尋覓、使用新的替代能源。太陽能是一種極為豐厚的清潔能源,地球每年承受的太陽能總量為l×1018kwh,相當于5×1014桶原油(是探明原油儲量的近干倍),是世界年耗總能量的一萬多倍。因為一般最普遍的并且最方便使用的是電能,太陽光伏發電技能能將太陽能直接轉化為電能,因而是最有使用遠景的太陽能使用辦法。

現在,太陽光伏發電在航天技能上已發揮了很大用途,成為航天器的重要電源,在地面上的使用也愈來愈廣泛。但光伏發電的本錢太高,還無法與慣例能源發電相競賽。因而下降光伏發電的本錢,關于進步光伏發電的競賽力,促進光伏發電的推廣使用具有重要意義。通過改善電池制造工藝、選用新技能進步轉化功率,可以下降光伏發電的本錢,但下降的步伐比較緩慢。采納聚光辦法,可以使太陽電池作業在幾倍乃至幾百倍的光強條件下,然后可以大大下降光伏發電的本錢,具有杰出的使用遠景。但現在聚光光伏發電技能還很不成熟,然后限制了這一技能的廣泛使用。

本文建立了聚光光伏發電體系的數學模型,然后對不同聚光光伏發電體系辦法的熱電特性進行了核算和剖析,得到了太陽電池的串聯電阻和換熱系數對體系輸出功能的影響規則以及不同冷卻辦法下太陽電池作業溫度隨光強的改變規則。

1數學物理模型的建立

1.1太陽電池的電學特性方程

假如在太陽電池兩頭接上一個負載電阻RI,那么太陽電池在作業狀態下的等效電路如圖l所示。它相當于一個電流為J9h的恒流源與一只正向二極管并聯。流過二極管的正向電流在太陽電池中稱為暗電流Id。Rsh稱為旁路電阻.重要由下列幾種要素引起:如外表沾污而呈現的沿著電池邊緣的外表漏電流;沿著位錯微觀裂縫、晶粒間界和晶體缺陷等形成的細小橋路而呈現的漏電流。Rs稱為串聯電阻,系由擴散頂區的外表電阻、電池的體電阻和上下電極與太陽電池之間的歐姆電阻及金屬導體的電阻構成的。

依據圖l所示的等效電路可知,流過負載的電流為:

由上述模型可以看出,太陽電他的輸出特性和作業溫度不可能通過剖析解來得到,有必要通過迭代和數值模仿的辦法得到。核算辦法是通過熱平衡方程得到太陽電他的作業溫度,然后通過太陽電他的電特性方程核算電他的伏安特性,得到太陽電他的峰值輸出功率、轉化功率等參數,然后再把新的轉化功率代入熱平衡方程進行新一輪核算,直到滿足核算精度為止。

2核算結果和剖析

本文以直徑為10cm的圓形單晶硅太陽電池為例,對不同串聯內阻和換熱系數下的太陽電池輸出特性和作業溫度進行了數值模仿,下面就核算結果進行詳細評論。

2.1串聯內阻的影響

由前面太陽電池的等效電路可以看出,串聯內阻會下降短路電流,下降負載兩頭的電壓,引起電池轉化功率的下降。圖2和圖3分別為不同串聯內阻的太陽電池峰值功率和轉化功率隨光強的改變規則。從圖中可以看出,跟著光強的新增,串聯電阻的影響越來越明顯,串聯內阻越高,跟著光強的升高,其轉化功率下降的越快。

從圖2也可以看出,太陽電池的峰值功率隨光強的升高而首要直線上升,升高到一定程度后,曲線變得陡峭。不同串聯內阻的太陽電池峰值功率改變曲線的拐點如表l所示。關于直徑為10cm的慣例太陽電池,其串聯內阻一般在0.05—0.010之間。由表l可知,若選用聚光體系功能好(串聯內阻小)的慣例太陽電池最多可以在20倍光強下作業,能得到較好的效果,若再新增光強,收效很小,反而新增了本錢。關于一般慣例太陽電池可能只能在幾倍光強下得到較好的收益。若想使太陽電池作業在更高的光強下,有必要采納措施,下降電池的串聯內阻,這樣勢必會新增大陽電池的本錢,并且串聯電阻越小,其本錢會越高,因而并不是光強越高越好,而是存在一個本錢最低的最佳光強。

2.2換熱系數的影響

太陽光照射到太陽電池上,一部分轉變為電,而大部分卻轉變為熱,使太陽電池溫度升高,然后影響太陽電池的功能。在同樣條件下,不同的冷卻辦法和工況,太陽電池的作業溫度也不同,也便是電池的功能也不同。而冷卻辦法和工況的不同重要表現為換熱系數的不同。圖4—圖6給出了換熱系數對體系功能的影響規則。從圖中可以看出,換熱系數越高,體系的功能越好,并且跟著光強的升高,換熱系數的影響越來越明顯。

2.2換熱系數的影響

太陽光照射到太陽電池上,一部分轉變為電,而大部分卻轉變為熱,使太陽電池溫度升高,然后影響太陽電池的功能。在同樣條件下,不同的冷卻辦法和工況,太陽電池的作業溫度也不同,也便是電池的功能也不同。而冷卻辦法和工況的不同重要表現為換熱系數的不同。圖4—圖6給出了換熱系數對體系功能的影響規則。從圖中可以看出,換熱系數越高,體系的功能越好,并且跟著光強的升高,換熱系數的影響越來越明顯。

空氣天然對流換熱系數的最高值為10W/(m2·K),從圖中可以看出,在該換熱系數下時,在5個太陽下,太陽電池的溫度就超過了U2℃。因而關于選用空氣天然對流的聚光光伏發電體系,最多可以作業在4個太陽下。水天然對流的換熱系數在200一1000W/(m2·K)之間,從圖中可以看出,當換熱系數為200W/(m2·K)時,在29個太陽下,太陽電他的溫度到達100℃;當換熱系數為1000W/(m2·K)時,在134個太陽下,太陽電他的溫度到達100℃。因而關于選用水天然對流冷卻的聚光發電體系來說,依據水流速的不同,可以作業在29一134個太陽下。若再進一步進步光強,就要選用水的強制對流來完成。

結論

1)在特定的串聯內阻下,太陽電他的峰值功率首要隨光強的升高而直線升高,升高到一定程度后曲線曲線變得陡峭。曲線的拐點隨串聯內阻的下降而升高。一般慣例電池只能作業在幾個到20個太陽之間,可以得到較好的收益。若想進一步進步光強,有必要選用小串聯內阻的太陽電池。

2)換熱系數越高,體系的功能越好,并且跟著光強的升高,換熱系數的影響越來越明顯。選用空氣天然對流的聚光光伏發電體系,最多可以作業在29一134個太陽下。

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