聚光光伏系統(tǒng)中聚光器與太陽電池的匹配性研究.pdf

1、太陽能作為分布最廣泛、取用最方便、儲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。太陽能能流密度小、光照方向與強度不斷變化，聚光型光伏技術(shù)把大面積太陽光聚焦到較小面積的太陽電池上，增加了太陽電池上的光輻照強度，與固定安裝的常規(guī)平板太陽能電池組件的系統(tǒng)相比，在減少系統(tǒng)中太陽電池的使用量的同時還可以提高系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換效率。
　　但是，目前聚光型光伏系統(tǒng)還存在不少問題，如聚焦光斑的光能量強度分布不均勻、光斑的形狀跟太陽電池不匹

2、配和對日跟蹤系統(tǒng)的跟蹤精度不高等。因此，本文對聚光型光伏系統(tǒng)中的聚光系統(tǒng)進行了研究，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型的聚光器和什么形狀的太陽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)換效率的同時可以降低系統(tǒng)對跟蹤裝置的要求，從而降低電能的成本價格。
　　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

3、電池的點聚焦菲涅爾透鏡的設(shè)計公式的簡單推導(dǎo)過程，并獲得了設(shè)計公式。在ZEMAX軟件的非序列模式中實現(xiàn)了基于非成像光學(xué)理論的光線追跡仿真，對某一尺寸的菲涅爾透鏡的焦平面上光斑能量分布情況進行了分析。模擬結(jié)果與理論計算數(shù)據(jù)吻合，從而驗證了仿真的準(zhǔn)確性。研究表明利用通常的菲涅爾透鏡實現(xiàn)聚光作用的聚焦光斑的光能量主要集中在太陽電池的中心部位，呈現(xiàn)為從中心往外圍能量越來越弱的同心圓環(huán)。
　　針對光斑能量分布嚴重不均的現(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方形太陽電池和直徑為10mm的圓形太陽電池匹配。通過光學(xué)仿真，以光斑能量分布均勻程度為分析重點，優(yōu)化模型參數(shù)并擇優(yōu)去差。
　　對兩個較好的聚光系統(tǒng)在光斑均勻度、反射損失、聚光比、接受角等方面進行對比與分析，選出最佳設(shè)計方案。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