聚光太阳能光伏组件的特性研究-论文.pdf

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1、2014年第4期物理通报物理技术研究聚光太阳能光伏组件的特性研究陈涛马明乐宋春龙陈坚陈东生(上海电力学院数理学院上海200090)(收稿日期：2013—04—28)摘要：将菲涅耳透镜应用于太阳能光伏组件的实验研究．结果显示，菲涅耳聚光透镜能大大提升太阳能的转换效率．关键词：菲涅耳透镜光伏组件转换效率基于菲涅耳波带片，菲涅耳波带片具有类似透镜的1引言作用，它可以使入射光汇聚起来，产生极大的光聚光太阳能电池是降低太阳能电池系统整体造强嘲．价的一种措施．聚光太阳能电池是通过聚光器使较利用菲涅耳透镜将大面积分散的能量汇聚到极大面积的阳光会聚在一个较小的范围内，加大光强，小面积，产生局部的高能量．在传

2、统的平板光伏发电克服太阳辐射能流密度低的缺陷，提高光电转换效系统中，太阳能电池片的成本会占到系统总成本的率，因此，可以用较小面积的太阳能电池获得较高的5O～55．如果引入聚光技术，将太阳光聚焦到电能输出．国际上大力开展聚光太阳能电池的研究．面积很小的太阳能电池片上，那么，就可以大幅度地目前，日本夏普公司研制的3结GaAs聚光电池效降低昂贵的太阳能电池片的用量，从而明显降低光率达到了39．2(200倍聚光)和38．9(400倍聚伏发电的成本，其原理如图1所示．光)．最近，更有世界最高效率40．7的3结InGaP／GaAs／Ge聚光电池面世[1]．目前太阳能聚光方式有碟式反射、抛物槽式反射、菲涅

3、耳透镜式等．其中菲涅耳透镜具有结构简单，重量轻便，球差小，焦距短的特点，由菲涅耳透镜构成的模块具有结构紧凑、效率高、成本低廉等优点，并且能够将太阳能电池密封成模块，在聚光的过程中同时保护太阳图1聚光电池原理图能电池[2]．以FF是常量，有近似效率公式V。FF2实验原理．一_二—一菲涅耳透镜(Fresnellens)，又名螺纹透镜，多又因为是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的．v。：ln拿(2)q1o镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同所以心圆，它的纹理是根据光的干涉及扰射以及相对灵敏度和接收角度要求来设计的．菲涅耳透镜的原理哮(3)*上海市大学生科研创新项目资助，项目编号：2

4、01310256039；国家大学生科研创新基金资助，项目编号：201310256040作者简介：陈涛(1991一)，男，在读本科生，应用物理专业．指导教师：陈东生(1978一)，男，博士，副教授，主要研究方向为薄膜太阳能电池，综合性、设计性实验的开发等．98一2014年第4期物理通报物理技术研究当倍聚光的时候，P扩大了倍，，扩大了扎(2)搭建实验装置．将菲涅耳透镜固定于铁架倍，其效率为台上适当位置，将电流表和电阻箱串联接人电路，用于改变负载电阻和测量电流，电压表测量太阳能电。·n㈩池两端电压．kTlFF(5)n(3)将装置电源打开，预热3min．q注意：应使用单一不变的光源，尽量避免周围非式

5、中，V。为开路电压，J。为短路电流，。为反向饱实验变量的干扰．和电流密度，FF为理想因子，P。为输入功率．(4)在无菲涅耳透镜的情况下进行测量．由式(5)可知，分子、分母约掉了，但是注意ln打开各实验仪器，调节电阻旋钮，改变输出电压里面多了一个的系数，这就是效率提高的原因．本L，和输出电流J，电阻从零开始，每增加10Q记录一实验中所用实物装置如图2所示．次，到100Q后，每增加100Q记录一次．(5)在有菲涅耳透镜的情况下测量．在光源和电池板之间增加菲涅耳透镜，调节菲涅耳透镜的位置，使其聚集在太阳能电池板上．调节电阻旋钮，改变输出电压U和输出电流I，电阻从零开始，每增加1OQ记录一次，到10

6、0Q后，每增加100Q记录一次．图2实验所用实物装置(6)关闭实验仪器．3实验步骤4实验数据的测量及分析(1)选择实验仪器，包括菲涅耳透镜、万用表、分别在无与有菲涅耳聚光透镜下，测量其电压、铁架台、光源、电阻箱及导线若干．电流及功率随着负载的变化，其数据如表1所示．表1有无菲涅耳聚光透镜下实验数据无菲涅耳聚光透镜有菲涅耳聚光透镜R／QU

7、I／mAP／mWR／QUflfmAP／mW00．O054．10．0205O0．0187．1lO．127981OO．O464．1O．188610O．1517．O91．070595OO．2114．10．865150O．3647．072．573481OOO．417

8、4．O91．705531OO0．727．065．08322OOO．8274．O83．374162OO1．4317．O710．117173001．2354．O75．026453002．1317．O314．98O934001．6394．O56．637954002．8176．9619．6O6325O02．O384．O48．233525OO3．4956．9324．22O3541OO7．471．8113．520767O