菲涅尔透镜聚光下三结砷化镓电池输出特性实验研究

摘要

能源危机与环境污染问题限制了世界各国经济的发展，因此，积极开发新能源，寻求社会经济的可持续发展是许多国家的主要战略任务。太阳能是分布最广泛的可再生能源，一旦它可以充分有效的利用，将大大缓解人类能源危机，所以太阳能将在未来能源结构中占有非常重要的地位。在太阳能开发利用过程中，光伏发电技术备受瞩目。由于太阳能电池的材料紧缺和发电成本过高制约着太阳能光伏的应用，所以降低发电成本是目前光伏技术面临的首要任务。通过减少太阳电池在光伏系统中的占比方式来降低发电成本，也就是聚光光伏技术。
　　目前对高倍聚光系统下砷化镓电池性能的实验研究主要是基于室内模拟光源条件下进行的，对室外条件下的研究相对较少。本文设计并搭建了一小型菲涅尔聚光光伏系统，系统主要部件包括菲涅尔透镜、全反射式二次聚光器、三结砷化镓电池、太阳跟踪器、步进电机等，介绍了系统结构及其工作原理，并对其进行了室外实验研究。
　　实验结果表明:太阳总辐射强度从早上到中午逐渐加强，约13:00达到峰值948W/m2，当太阳总辐射强度达到峰值时，砷化镓电池的短路电流也达到了峰值，当菲涅尔聚光光伏系统几何聚光比1倍、3.61倍、500倍时短路电流分别为14.8mA、38.7mA、3.75A，500倍聚光后单片电池的短路电流相对于未聚光状态下放大了253倍;1倍、3.61倍聚光的开路电压也达到峰值，分别为2.48V和2.57V，开路电压的变化与辐射强度变化基本一致，是因为低倍聚光，电池芯片的温度变化不大。由于开路电压随辐射强度的增加呈对数增加，随芯片温度的增加而线性减小，500倍聚光的开路电压由于芯片温度升高影响并未达到峰值，为2.82V，比未聚光开路电压增加了0.34V，峰值出现在10:30时，辐射强度为812 W/m2，背板温度为74.4℃，为2.85V，比太阳辐射强度达到峰值时的开路电压增加了0.03V，此时电池背板温度为74.4℃;两个三结砷化镓太阳能电池串联后的短路电流与单个三结砷化镓太阳能的短路电流基本一致，开路电压是其2倍。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 能源危机

1．1．2 环境污染

1．1．3 太阳能的优势

1．2 国内外光伏产业的发展

1．3 聚光光伏系统的优势

1．4 聚光光伏系统和三结砷化镓电池的研究发展现状

1．4．1 聚光光伏系统的国内外研究发展现状

1．4．2 三结砷化镓电池的国内外研究发展现状

1．5 本章小结

第二章 太阳能聚光光伏系统的理论分析

2．1 引言

2．2 菲涅耳透镜的原理

2．2．1 菲涅耳透镜设计方法研究

2．2．2 楞高度角计算方法

2．2．3 楞高计算方法

2．2．4 菲涅尔透镜的一般设计公式

2．3 全反射二次聚光器工作原理和作用

2．3．1 全反射二次聚光器的工作原理

2．3．2 全反射式二次聚光器的作用

2．4 三结砷化镓太阳能电池的工作原理

2．4．1 半导体材料特性

2．4．2 PN结的光伏效应

2．4．3 太阳能电池特性分析

2．4．4 GaAs三结太阳电池模型

2．5 本章小结

第三章 高倍聚光光伏系统的设计

3．1 引言

3．2 系统组成

3．2．1 菲涅尔透镜

3．2．2 三结砷化镓太阳电池

3．2．3 全反射式二次聚光器

3．2．4 UV胶

3．2．5 跟踪器

3．2．6 步进电机

3．3 测量设备和实验方法

3．3．1 测量设备

3．3．2 实验方案

3．4 本章小结

第四章 三结砷化镓太阳能电池输出特性的实验结果分析

4．1 引言

4．2 单体三结砷化镓太阳能电池输出特性的实验结果分析

4．3 三结砷化镓太阳能电池组输出特性的实验结果分析

4．4 单体电池和电池组的数据对比分析

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢