改良型复合抛物面低聚光光伏系统光能传输和光电转换特性的研究

采用聚光系统，用廉价的聚光材料减少昂贵太阳电池的使用，是降低光伏发电成本的有效途径之一。基于复合抛物面（CPC）的低聚光光伏系统因结构简单，不需要连续跟踪，已成为全球太阳能光伏技术的研发热点之一，但系统存在采光角度范围小、年平均光学聚光比低、光照不均匀、光电效率低等问题，与非聚光系统相比，系统的电能输出增加量低。改良后的聚光器反射面上部为抛物面，下部为平面，旨在改善电池表面光照均匀性，同时控制太阳光在电池上的入射角，提高电池对入射光的吸收，利用聚光器之间所形成的空气通道对聚光光伏组件通风散热，提高系统的光电效率。课题将围绕系统的光能传输、光电转换及通风散热相关问题开展理论和实验研究。主要研究内容：系统结构参数的优化设计研究；聚光器内光照特性及光电特性研究；系统性能对入射角的依存关系研究；反光材料的镜面反射特性对系统性能的影响；聚光腔内热环境及影响研究。

采用聚光系统，用廉价的聚光材料减少昂贵太阳电池的使用，是降低光伏发电成本的有效途径之一。基于复合抛物面(CPC）的低聚光光伏系统（LCPV)因结构简单，不需要连续跟踪，成为全球太阳能光伏技术的研发亮点之一。理论上，系统光伏输出的增加等于系统的几何聚光比，但实际的输出增加远少于小于几何聚光比，原因之一是从CPC下端反射的太阳辐射因入射角大不能为电池所吸收，另一方面是应为电池上的光照不均匀所引起的电能损失。针对CPC的这一问题，本课题提出了改良型复合抛物低聚光光伏系统，改良后的聚光器反射面上部为抛物面，下部为平面，旨在改善电池表面光照均匀性，同时控制太阳光在电池上的入射角，提高电池对入射光的吸收。课题围绕改良后系统的光、电、热性能特性和系统结构和运行优化设计开展研究。理论研究表明：固定式东西向CPC的最佳接收半角为26°，最佳倾角为当地地理纬度，年平均光学聚光比为1.5-1.7倍；采用三倾角调整可以使太阳辐射始终在CPC的接受角范围，延长系统的有效运行时间，提高系统的采光量；改良后的CPC光照更均匀，其年采光量更大。实验研究结果表明：在接收半角范围内，改良后的CPC光学效率更高、光伏输出更大；投影入射角对系统的光照分布、光学效率和光伏输出有很多的影响。三年研究期间，发表论文16篇，其中7篇SCI收录，9篇EI收录，未来两年内，一些研究成果将陆续发表，达到了课题预期研究目标。