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聚光条件下太阳能电池的热电特性分析

作者:admin    来源:未知    发布时间:2021-12-23 11:25    浏览量:
能源是人类面临经济发展和环境维护平衡时要处理的最底子最重要的问题。能源储存的有定量问题促进人类去开发、寻觅、使用新的替代能源。太阳能是一种极为丰厚的清洁能源,地球每年承受的太阳能总量为l×1018kwh,相当于5×1014桶原油(是探明原油储量的近干倍),是世界年耗总能量的一万多倍。因为一般最普遍的并且最方便使用的是电能,太阳光伏发电技能能将太阳能直接转化为电能,因而是最有使用远景的太阳能使用办法。

现在,太阳光伏发电在航天技能上已发挥了很大用途,成为航天器的重要电源,在地面上的使用也愈来愈广泛。但光伏发电的本钱太高,还无法与惯例能源发电相竞赛。因而下降光伏发电的本钱,关于进步光伏发电的竞赛力,促进光伏发电的推广使用具有重要意义。通过改善电池制造工艺、选用新技能进步转化功率,可以下降光伏发电的本钱,但下降的步伐比较缓慢。采纳聚光办法,可以使太阳电池作业在几倍乃至几百倍的光强条件下,然后可以大大下降光伏发电的本钱,具有杰出的使用远景。但现在聚光光伏发电技能还很不成熟,然后限制了这一技能的广泛使用。

本文建立了聚光光伏发电体系的数学模型,然后对不同聚光光伏发电体系办法的热电特性进行了核算和剖析,得到了太阳电池的串联电阻和换热系数对体系输出功能的影响规则以及不同冷却办法下太阳电池作业温度随光强的改变规则。

1数学物理模型的建立

1.1太阳电池的电学特性方程

假如在太阳电池两头接上一个负载电阻RI,那么太阳电池在作业状态下的等效电路如图l所示。它相当于一个电流为J9h的恒流源与一只正向二极管并联。流过二极管的正向电流在太阳电池中称为暗电流Id。Rsh称为旁路电阻.重要由下列几种要素引起:如外表沾污而呈现的沿着电池边缘的外表漏电流;沿着位错微观裂缝、晶粒间界和晶体缺陷等形成的细小桥路而呈现的漏电流。Rs称为串联电阻,系由扩散顶区的外表电阻、电池的体电阻和上下电极与太阳电池之间的欧姆电阻及金属导体的电阻构成的。

依据图l所示的等效电路可知,流过负载的电流为:

由上述模型可以看出,太阳电他的输出特性和作业温度不可能通过剖析解来得到,有必要通过迭代和数值模仿的办法得到。核算办法是通过热平衡方程得到太阳电他的作业温度,然后通过太阳电他的电特性方程核算电他的伏安特性,得到太阳电他的峰值输出功率、转化功率等参数,然后再把新的转化功率代入热平衡方程进行新一轮核算,直到满足核算精度为止。

2核算结果和剖析

本文以直径为10cm的圆形单晶硅太阳电池为例,对不同串联内阻和换热系数下的太阳电池输出特性和作业温度进行了数值模仿,下面就核算结果进行详细评论。

2.1串联内阻的影响

由前面太阳电池的等效电路可以看出,串联内阻会下降短路电流,下降负载两头的电压,引起电池转化功率的下降。图2和图3分别为不同串联内阻的太阳电池峰值功率和转化功率随光强的改变规则。从图中可以看出,跟着光强的新增,串联电阻的影响越来越明显,串联内阻越高,跟着光强的升高,其转化功率下降的越快。

从图2也可以看出,太阳电池的峰值功率随光强的升高而首要直线上升,升高到一定程度后,曲线变得陡峭。不同串联内阻的太阳电池峰值功率改变曲线的拐点如表l所示。关于直径为10cm的惯例太阳电池,其串联内阻一般在0.05—0.010之间。由表l可知,若选用聚光体系功能好(串联内阻小)的惯例太阳电池最多可以在20倍光强下作业,能得到较好的效果,若再新增光强,收效很小,反而新增了本钱。关于一般惯例太阳电池可能只能在几倍光强下得到较好的收益。若想使太阳电池作业在更高的光强下,有必要采纳措施,下降电池的串联内阻,这样势必会新增大阳电池的本钱,并且串联电阻越小,其本钱会越高,因而并不是光强越高越好,而是存在一个本钱最低的最佳光强。

2.2换热系数的影响

太阳光照射到太阳电池上,一部分转变为电,而大部分却转变为热,使太阳电池温度升高,然后影响太阳电池的功能。在同样条件下,不同的冷却办法和工况,太阳电池的作业温度也不同,也便是电池的功能也不同。而冷却办法和工况的不同重要表现为换热系数的不同。图4—图6给出了换热系数对体系功能的影响规则。从图中可以看出,换热系数越高,体系的功能越好,并且跟着光强的升高,换热系数的影响越来越明显。

2.2换热系数的影响

太阳光照射到太阳电池上,一部分转变为电,而大部分却转变为热,使太阳电池温度升高,然后影响太阳电池的功能。在同样条件下,不同的冷却办法和工况,太阳电池的作业温度也不同,也便是电池的功能也不同。而冷却办法和工况的不同重要表现为换热系数的不同。图4—图6给出了换热系数对体系功能的影响规则。从图中可以看出,换热系数越高,体系的功能越好,并且跟着光强的升高,换热系数的影响越来越明显。

空气天然对流换热系数的最高值为10W/(m2·K),从图中可以看出,在该换热系数下时,在5个太阳下,太阳电池的温度就超过了U2℃。因而关于选用空气天然对流的聚光光伏发电体系,最多可以作业在4个太阳下。水天然对流的换热系数在200一1000W/(m2·K)之间,从图中可以看出,当换热系数为200W/(m2·K)时,在29个太阳下,太阳电他的温度到达100℃;当换热系数为1000W/(m2·K)时,在134个太阳下,太阳电他的温度到达100℃。因而关于选用水天然对流冷却的聚光发电体系来说,依据水流速的不同,可以作业在29一134个太阳下。若再进一步进步光强,就要选用水的强制对流来完成。

结论

1)在特定的串联内阻下,太阳电他的峰值功率首要随光强的升高而直线升高,升高到一定程度后曲线曲线变得陡峭。曲线的拐点随串联内阻的下降而升高。一般惯例电池只能作业在几个到20个太阳之间,可以得到较好的收益。若想进一步进步光强,有必要选用小串联内阻的太阳电池。

2)换热系数越高,体系的功能越好,并且跟着光强的升高,换热系数的影响越来越明显。选用空气天然对流的聚光光伏发电体系,最多可以作业在29一134个太阳下。

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