電池表面鍍分光膜的太陽能聚光分頻光伏光熱綜合利用系統(tǒng)研究.pdf

1、太陽能是一種可再生的清潔能源，開發(fā)太陽能對于節(jié)能環(huán)保具有重要意義。光伏和光熱利用是其最主要的利用方式。太陽輻射的能流密度較低，采用槽式、塔式、碟式、線性菲涅爾反射式等聚光方式可高效、低成本地利用太陽能。其中，線性菲涅爾反射式具有結(jié)構(gòu)簡單、便于維護(hù)、抗風(fēng)阻性能良好等特點(diǎn)。采用平面反射鏡的線性菲涅爾反射式聚光器可將反射光疊加在焦平面上，能流密度分布均勻，減少電池表面能流密度不均勻度對光電轉(zhuǎn)換效率的影響。聚光發(fā)電中電池表面輻射能流密度較高，不

2、能轉(zhuǎn)換為電能的太陽能以廢熱形式使電池溫度升高，并影響光電轉(zhuǎn)換效率，因此需要作散熱處理。將這一部分熱能加以利用可提高太陽能綜合利用效率，但所獲熱能的溫度受限于電池工作溫度?；诠庾V分頻技術(shù)，采用分頻器將太陽光譜中能被光伏電池高效利用的譜段分離用于光伏發(fā)電，其余分配給熱接收器進(jìn)行光熱利用，可避免因溫度耦合而限制熱利用溫度受限的問題。但是采用獨(dú)立的分頻器的系統(tǒng)較復(fù)雜且分頻器本身易因熱應(yīng)力破裂。因此，本文提出在電池表面直接鍍分光膜，優(yōu)化太陽能聚

3、光分頻光伏光熱綜合利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行相關(guān)理論研究。
　　首先，提出一種以線性菲涅爾反射鏡陣列為聚光器，電池表面鍍分光膜的聚光光伏光熱(CPV/T)綜合利用系統(tǒng)。根據(jù)幾何光學(xué)原理，建立了該結(jié)構(gòu)中各部分之間的位置關(guān)系方程，并以聚光器的面積利用率和幾何聚光比作為目標(biāo)函數(shù)，對該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算，得到了聚光器中各反射玻璃鏡的寬度、安裝位置、安裝角度等參數(shù)。
　　其次，基于蒙特卡羅光線追蹤法對該系統(tǒng)進(jìn)行光學(xué)仿真分析，結(jié)果表

4、明聚焦平面處的太陽輻射能流密度分布均勻，適宜光伏電池發(fā)電。針對設(shè)計(jì)的CPV/T系統(tǒng)，通過對熱接收器表面接收輻射的光學(xué)仿真，得到了熱接收器的最佳安裝位置。采用再反射鏡，可收集約27％的遺漏輻射能。
　　再次，根據(jù)光的干涉理論，以Si電池作為基底，以TiO2和SiO2作為高低折射率材料，設(shè)計(jì)出適合本系統(tǒng)的分光膜。所設(shè)計(jì)的多層薄膜在380-1200nm波段具有高透射率，透射的太陽輻射能用于光伏發(fā)電，在其他波段具有高反射率，反射的太陽輻射

5、能用于光熱轉(zhuǎn)換。
　　最后，對系統(tǒng)效率進(jìn)行了理論分析。根據(jù)所設(shè)計(jì)的光學(xué)分光膜的光譜透射性能曲線，計(jì)算出AMl.5D太陽標(biāo)準(zhǔn)直射光譜透過膜系到達(dá)電池表面被用于發(fā)電的太陽輻射能;根據(jù)電池的性能參數(shù)，得到了發(fā)電量和發(fā)電效率。根據(jù)其光譜反射性能曲線及熱接收器表面特性計(jì)算了CPV/T系統(tǒng)的熱效率。結(jié)果表明，在電池溫度25℃，集熱溫度300℃時(shí)，電池表面鍍分光膜的分頻利用系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換效率和熱利用有效能效率分別32.39％和23.79％，系統(tǒng)