[发明专利]引入隧道结机制的聚光光伏模组温度特性的预测方法

说明书

本发明公开了一种引入隧道结机制的聚光光伏模组温度特性的预测方法，本明将3D分布电路隧道结模型简化为二维集总式模型，即将隧道结等效为一种电路元件，以聚光三结电池双二极管模型为例，将该隧道结等效模型代替等效串联电阻，在低倍聚光情况下利用聚光三结电池双二极管模型和等效隧道结建立明确的电路关系式，确定各参数的初始值，通过数学迭代拟合提取出几组参数值，再与实验测量结果比较，得到最佳参数组来使得模组的I‑V特性曲线拟合收敛性更好，进而合理地预估在高倍聚光情况下模组的I‑V特性曲线，不仅有助于人们更好地理解隧道结的工作机制，而且提高了对MJSC的优化效率，同时也降低了MJSC的设计和优化成本。

技术领域

本发明属于光伏发电技术领域，具体涉及到一种引入隧道结机制的聚光光伏模组温度特性的预测方法。

背景技术

高倍聚光型光伏发电技术正在成为光伏技术发展的一个主要方向，如何有效提高太阳能电池的光电转换效率成为亟待解决的科研问题之一。近几年来，多结太阳能电池(MJSC)因其高效、低能耗、低成本等优势得以迅速发展，被广泛应用于高倍聚光光伏系统。隧道结是多结太阳能电池(MJSC)中的重要单元，用于实现各子电池之间的低阻连接，其性能的好坏直接影响到MJSC转化效率的提高。

关于隧道结模型的建立因此成为一个研究热点，研究者提出了多种隧道结的等效模型。当聚光倍数为1000以下时，由于该情况下隧道结的电流-电压(I-V)特性曲线大致呈线性关系，一般将隧道结简单等效为电阻处理。该隧道结模型结构简单，不涉及大量的计算，但是当聚光倍数增加到一定程度，在超高倍聚光情况下，太阳能电池的电流密度随聚光倍数线性增大，导致电池的工作电流大于隧道结峰值电流，出现过剩电流和热扩散效应，从而使该情况下隧道结的I-V特性曲线不满足线性关系。实际电池被划分为三个区域：周界区、受光区、非受光区，每个区域的I-V满足的关系复杂且均不相同。三维(3D)分布电路隧道结模型综合考虑隧道结电流密度的转换特性、隧道结峰值电流依赖于局部光强等特性将电路单元依据其3D几何形貌和所处位置的不同分别进行等效，最后连接起来完成建模。该模型能够很好的拟合聚光光伏(CPV)模组的I-V特性曲线，拟合结果与实验结果契合度很高。能够准确地再现其在器件测试中观察到的隧道结I-V曲线出现的下降现象，如图1所示。

但是，目前聚光光伏系统一般采用二次匀光单元对太阳能电池表面进行入射光强均匀化处理，使得太阳能电池水平面上的光强分布近似均匀，为了简化模型便于研究分析，本发明考虑将3D分布电路隧道结模型简化为二维(2D)集总式模型，即将隧道结等效为一种电路元件，以聚光三结电池双二极管模型为例，将该隧道结等效模型代替等效串联电阻，在低倍聚光情况下利用聚光三结电池双二极管模型和等效隧道结建立明确的电路关系式，确定各参数的初始值，通过数学迭代拟合提取出几组参数值，再与实验测量结果比较，得到最佳参数组来使得模组的I-V特性曲线拟合收敛性更好，进而合理地预估在高倍聚光情况下模组的I-V特性曲线。不仅有助于人们更好地理解隧道结的工作机制，而且提高了对MJSC的优化效率，同时也降低了MJSC的设计和优化成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明专利的主要目的在于提供一种引入隧道结机制的聚光光伏模组温度特性的预测模型，一方面实现低倍聚光下聚光三结太阳能电池双二极管模型的优化，使其更加符合实验测量数据，保证其准确性和可靠性，另一方面解决了高倍聚光下该模型不准确的问题。

本发明的技术方案是，一种引入隧道结机制的聚光光伏模组温度特性的预测方法，包括如下步骤：

步骤1.建立单片聚光i结电池双二极管模型的等效电路；计算第i结单p-n结电池的工作电流；