[发明专利]一种聚光太阳能光伏系统中模组分布结构的优化设计方法

摘要

本发明公开了一种聚光太阳能光伏系统中模组分布结构的优化设计方法。首先综合考虑系统安装地的太阳直射光谱、聚光光学处理效果和聚光太阳能电池的物理机制，建立聚光光伏模组的有效分析模型；进而对聚光太阳能电池热逃逸现象的产生机理进行分析，以聚光太阳能电池热逃逸现象的防范要求作为标准对聚光太阳能光伏系统中相邻模组间距及模组的分布结构进行优化设计。本发明可以实现聚光光伏系统模组分布结构的优化设计，这将有助于聚光光伏系统发电产出和系统占地面积性能的综合提升，同时，系统模型中温度参数的有效引入可实现对聚光太阳能电池热逃逸现象的全面分析及有效控制。

主权项

一种聚光太阳能光伏系统中模组分布结构的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：利用大气辐射传输模型，结合聚光太阳能光伏系统安装地点的地理及气象参数，得到入射到聚光太阳能光伏系统的直射光谱数据；步骤2：利用实际测量的室温下GaInP/GaInAs/Ge三结电池各结子电池的外量子效率EQE数据和各结子电池的带隙能量Egi(T)得到各结子电池在不同温度条件下的EQE数据，其中i＝1、2、3,i为三结电池PN结序号；步骤3：确定相邻模组初始安装间距为dx0和dy0，在此情况下保证系统的实际占地面积为固定平板晶硅光伏系统占地面积的50％；其中dx0为南北方向数据和dy0为东西方向数据；步骤4：由于各个模组在南北及东西方向上等间距分布安装且同步跟踪太阳，确定实际跟踪过程中模组极限情况，并将出现极限情况的模组作为特定模组；其中极限情况为遮光面积与太阳直射辐照度乘积最大的时刻及系统偏转位置；步骤5：结合步骤4中确定的极限情况，建立特定模组的聚光光学处理系统模型，将步骤1得到的直射光谱数据作为输入数据导入该聚光光学处理系统模型，兼顾光线追迹效果和光线追迹时间，设置太阳光源的光线数量，通过光线追迹得到模组中各个电池接收表面的光谱数据及光强分布；步骤6：针对GaInP/GaInAs/Ge三结电池建立等效电路模型；再结合步骤2中得到的各结子电池在不同温度条件下的EQE数据和步骤5中得到的模组中各个电池接收表面的光谱数据及光强分布计算各结子电池的短路电流Isci，并将其作为输入数据代入三结电池的等效电路模型；步骤7：假定同一模组中的各三结电池温度相同，结合特定模组中各个三结电池的串联连接及不同模组间的并联连接情况计算特定模组在初始温度Tn条件下的I‑V特性曲线；确定特定模组的工作电压，并计算该工作电压条件下该模组的注入电流；根据注入电流值确定该模组的温度变化，并依照该模组新的工作温度T+ΔT和半导体材料带隙能量的温度相关特性调整其三结电池各结子电池的带隙能量Egi(T+ΔT)及暗复合电流I0ni、I1ni；其中i＝1、2、3,i为三结电池PN结序号；步骤8：重复步骤7，进行反复迭代，如果Tn+1‑Tn无限趋近于零、I0,n+1,i＝I0ni、I1,n+1,i＝I1ni，则代表遮光三结电池不出现热逃逸现象，不会损坏电池，此时得到相邻模组的安装间距dx和dy；如果出现某时刻温度值上升，则说明遮光情况的出现导致三结电池出现热逃逸，则增加相邻模组安装间距，进而回转执行所述的步骤4。