聚光光伏系統(tǒng)中聚光器與太陽(yáng)電池的匹配性研究.pdf

1、太陽(yáng)能作為分布最廣泛、取用最方便、儲(chǔ)量最豐富的可再生能源，它的有效利用能極大的緩解能源危機(jī)。太陽(yáng)能能流密度小、光照方向與強(qiáng)度不斷變化，聚光型光伏技術(shù)把大面積太陽(yáng)光聚焦到較小面積的太陽(yáng)電池上，增加了太陽(yáng)電池上的光輻照強(qiáng)度，與固定安裝的常規(guī)平板太陽(yáng)能電池組件的系統(tǒng)相比，在減少系統(tǒng)中太陽(yáng)電池的使用量的同時(shí)還可以提高系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換效率。
　　但是，目前聚光型光伏系統(tǒng)還存在不少問(wèn)題，如聚焦光斑的光能量強(qiáng)度分布不均勻、光斑的形狀跟太陽(yáng)電池不匹

2、配和對(duì)日跟蹤系統(tǒng)的跟蹤精度不高等。因此，本文對(duì)聚光型光伏系統(tǒng)中的聚光系統(tǒng)進(jìn)行了研究，旨在解決聚光比在幾百倍、光斑直徑在10mm左右的條件下什么類(lèi)型的聚光器和什么形狀的太陽(yáng)電池匹配可以使聚焦光斑更均勻、光能利用率更高和接受角更大的問(wèn)題。使聚光光伏系統(tǒng)在提高系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)可以降低系統(tǒng)對(duì)跟蹤裝置的要求，從而降低電能的成本價(jià)格。
　　本文首先研究了聚光型光伏系統(tǒng)，選擇了菲涅爾透鏡作為系統(tǒng)的主聚光元件，給出了平面向外、菲涅爾面向太陽(yáng)

3、電池的點(diǎn)聚焦菲涅爾透鏡的設(shè)計(jì)公式的簡(jiǎn)單推導(dǎo)過(guò)程，并獲得了設(shè)計(jì)公式。在ZEMAX軟件的非序列模式中實(shí)現(xiàn)了基于非成像光學(xué)理論的光線(xiàn)追跡仿真，對(duì)某一尺寸的菲涅爾透鏡的焦平面上光斑能量分布情況進(jìn)行了分析。模擬結(jié)果與理論計(jì)算數(shù)據(jù)吻合，從而驗(yàn)證了仿真的準(zhǔn)確性。研究表明利用通常的菲涅爾透鏡實(shí)現(xiàn)聚光作用的聚焦光斑的光能量主要集中在太陽(yáng)電池的中心部位，呈現(xiàn)為從中心往外圍能量越來(lái)越弱的同心圓環(huán)。
　　針對(duì)光斑能量分布嚴(yán)重不均的現(xiàn)象，嘗試在主聚光元件后

4、分別加入矩形筒、矩形底復(fù)合拋物面、圓形筒和圓底復(fù)合拋物面作為二次聚光元件與10mm方形太陽(yáng)電池和直徑為10mm的圓形太陽(yáng)電池匹配。通過(guò)光學(xué)仿真，以光斑能量分布均勻程度為分析重點(diǎn)，優(yōu)化模型參數(shù)并擇優(yōu)去差。
　　對(duì)兩個(gè)較好的聚光系統(tǒng)在光斑均勻度、反射損失、聚光比、接受角等方面進(jìn)行對(duì)比與分析，選出最佳設(shè)計(jì)方案。該方案中的二次聚光元件使光斑的均勻度在1.7范圍內(nèi)，整個(gè)聚光系統(tǒng)的光學(xué)效率為88.8％，系統(tǒng)接受角為0.95°，起到很好地改善光