ch8-聚光光伏系统.ppt

Ch8 聚光光伏发电系统 一.聚光光伏发电系统的组成 不同吸收体的反射面 理想聚光器的光学和几何特性 1：反光面的形状取决于吸收体的形状； 2：反光面在靠近采光面处的斜率为90度； 3：反光面与吸收体相接触； 4: 在接收角范围内的入射光，反射后全部到达吸收面； 5：吸收面上的光强度分布不均匀，且分布与入射角有关。 超高效率系统 太阳能光导照明系统 太阳能高温集热器 太阳能高温集热器 太阳能高温集热器 低聚光光伏系统 聚光型系统光伏元件的能量转换效率是决定系统成本的关键参数。它决定了给定输出条件下的系统口径面积。接下来将探讨几个可得到超高能量转换率的概念。这种达到超高效率的能力是聚光型系统的一个特点，它使得聚光型系统完全区别于平板式组件。 多带隙电池 太阳能电弛材料的最佳禁带宽度必须折中选择，即所选的禁带宽度不能大宽，以免太多光子因其能量不足以产生电子-空穴对而被损失掉，但也不能太窄，以免因所产生的电子-空穴对能量远超过禁带宽度而造成光子能量的过多浪费。 如果阳光中的低能量光子照射到由窄禁带半导体制造的电池上(在这种电池中，低能光子被利用)，而高能光子照射到宽禁带电池上，则可以得到一种更加有效的系统。 将光照射到禁带宽度合适的电池上的两个设计方案。第一种方案称为“光谱分离”，使用光谱感光镜将光投射到适当的电池上。第二种方案称“层叠型电池”，利用一系列层叠在一起的电池，宽禁带材料电池位于最上层，低能量光子将穿过上面的电池，直至到达一个其禁带宽度窄到可以利用这个光子的电池为止。因为这两种技术较传统单结电池复杂得多，所以多带隙电池设计方案最适用于高聚光率的系统。 采用这种多带隙电池设计方案所能获得的最大效率取决于所使用的不同禁带宽度的电池数量。多带隙电池系统与单电池系统相比，理想极限效率提高一倍。实际上，这样的系统会比单电池系统产生更多不可避免的光学损失，考虑到这些损失，效率将降低到如图中所示的较保守数值，即多电池系统的总效率将减小至20％一50％。 在多带隙电池系统中，不同禁带宽度电池的电压输出不同，其电流输出一般也不同。可以对每一种电池设置独立的电路，但增加了复杂性。另一种方法是将电池串联，但是串联电池组的电流输出等于其中最差电池的电流。为保持多电池结构的效率，需要将不同类型的电池设计成具有相同的短路电流。因此，选择适当的电池禁带宽度被认为是获得最大效率的—项基本前提。在这方面，一个有趣的想法是在同一衬底上构建出互相串联的“层叠”电池。 对串联的多带隙电池来说，一个重要的问题是，当电池在正常条件下工作时，阳光的光谱成分是否有大的变化。这种变化使电池电流输出的相对值发生变化，因而对系统的效率有明显的影响。 热光伏转换 在太阳能电池中的一项重要损失是由于具有远超禁带宽度能量的光于只能产生一个电子-空穴对。因而，这种高能光子对电池输出的贡献与一个能量低得多的光子是一样的。 如果用一个温度较低(2000℃)的黑体照射太阳能电池，则结果修改为图b中的情况。在能量超过禁带宽度的光子中有较多的能量可被利用。事实上，电池的效率将会降低，因为能量越过禁带宽度的光子数目相对减少了。但是，如果大部分无效光子能够辐射回黑体．并被黑体吸收以保持黑体的温度，那么情况就不同了。这些光子不再是无用的了，它们提供以保持黑体温度所需的部分能量。 在热光伏太阳能转换中，太阳把一个辐射器加热到高温，然后辐射器再发出辐射到太阳能电池上。电池不能利用的长波辐射重新辐射间辐射器。热光伏转换器的主要部件如图所示。电池的背面做成高反射率的表面，以便通过电池的长波辐射能够被反射回辐射器。虽然这种设计的理论效率上限非常高，但因涉及许多制作过程，其实验效率就会略为降低。 1 .美国 Spectrolab 公司多年来一直保持着 III-V族多结电池转换效率的最高纪录, 2007 年其研制的异质结 GaInP/GaInAs/Ge 三结电池在240倍聚光率下测得40.7 %的效率。图2为240 倍聚光和非聚光状态下, Spectrolab 公司研制的异质结、同质结三结电池的 I-V 曲线。2008 年在采用了一种新的光学结构后,效率进一步提升到了42.7%。 Emcore 公司是全球化合物半导体器件和光纤的主要供应商 ,其高效 GaAs 半导体电池主要应用于卫星和聚光光伏发电系统, Emcore 公司已成为全球最大的多结GaAs 聚光太阳电池供货商,聚光电池订单已超过2.8亿美元。生产的三结(InGaP /InGaAs/Ge) 聚光电池最高效率达到 39 %,目前已具备年产 50 MW 三结 GaA s 聚光电池的能力。 Amonix 公司是美国一家专门研究、开发和生产集成高效率聚光硅太阳能电池发电