[發(fā)明專利]一種聚光太陽能光伏系統(tǒng)中模組分布結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計方法

有效

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• 申請日: 2015-09-21
• 公開（公告）號: CN105279310B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發(fā)明（設計）人: 呂輝;鄭優(yōu);汪錦芳;黃文娟;成純富;呂清花
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北工業(yè)大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 薛玲

技術領域

本發(fā)明屬于太陽能光伏發(fā)電技術領域，涉及一種聚光太陽能光伏系統(tǒng)中模組分布結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計方法，尤其涉及一種基于GaInP/GaInAs/Ge三結(jié)太陽能電池的聚光太陽能發(fā)電系統(tǒng)的模組分布優(yōu)化設計方法。

背景技術

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電產(chǎn)出和占地面積是衡量系統(tǒng)性能的兩個重要指標。對于聚光太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，由于采用跟蹤控制技術和Ⅲ-Ⅴ族多結(jié)聚光太陽能電池，能夠最大限度地捕捉直射太陽光，使系統(tǒng)發(fā)電效能遠高于固定平板晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng)。為了使聚光太陽能光伏系統(tǒng)的發(fā)電產(chǎn)出最大化，要求系統(tǒng)跟蹤太陽的時間勢必會比較長，跟蹤角度也會比較大，在保證模組間不遮光的條件下，系統(tǒng)的占地面積也會比較大。如果減小系統(tǒng)占地面積，勢必縮短相鄰模組間距，從而導致在系統(tǒng)跟蹤太陽過程中出現(xiàn)模組間的遮光現(xiàn)象，這又會降低系統(tǒng)發(fā)電產(chǎn)出。另外，單個聚光光伏模組一般都由多個聚光單元組成，每個聚光單元對應一個GaInP/GaAs/Ge三結(jié)太陽能電池。針對聚光光伏系統(tǒng)對外輸出電壓和電流的要求，單個模組中不同太陽能電池之間采用串聯(lián)連接方式，而不同模組之間則采用并聯(lián)方式連接，在模組遮光嚴重的情況下會導致不同模組輸出電壓之間出現(xiàn)較大差異，輸出電壓較小的模組會有灌電流從外部注入，從而導致模組內(nèi)聚光太陽能電池的熱逃逸現(xiàn)象。

因此，過分追求聚光太陽能光伏系統(tǒng)的發(fā)電產(chǎn)出或占地面積都不利于系統(tǒng)綜合性能的有效提升，必須尋求兩者的最佳平衡點。目前國家極力推廣分布式光伏，并出臺了一系列利好政策。而分布式光伏的很多應用場合(比如建筑屋頂)都存在面積受限的情況，為了利用有限的面積發(fā)出最多的電，必須針對聚光太陽能光伏系統(tǒng)中的模組分布結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計，既提高系統(tǒng)的有效土地面積使用率，又能夠有效避免系統(tǒng)中模組間遮光導致的太陽能電池熱逃逸現(xiàn)象，從而使系統(tǒng)綜合性能得到優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就在于提供一種針對聚光太陽能光伏系統(tǒng)中模組分布結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計方法，通過對聚光太陽能電池熱逃逸現(xiàn)象的產(chǎn)生機理及防范要求進行全面分析，實現(xiàn)對聚光太陽能光伏系統(tǒng)綜合性能的優(yōu)化。

本發(fā)明所采用的技術方案是：一種聚光太陽能光伏系統(tǒng)中模組分布結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：利用大氣輻射傳輸模型，結(jié)合聚光太陽能光伏系統(tǒng)安裝地點的地理及氣象參數(shù)，得到入射到聚光太陽能光伏系統(tǒng)的直射光譜數(shù)據(jù)；

步驟2：利用實際測量的室溫下GaInP/GaInAs/Ge三結(jié)電池各結(jié)子電池的外量子效率EQE數(shù)據(jù)和各結(jié)子電池的帶隙能量E_gi(T)得到各結(jié)子電池在不同溫度條件下的EQE數(shù)據(jù)，其中i＝1、2、3,i為三結(jié)電池PN結(jié)序號；

步驟3：確定相鄰模組初始安裝間距為d_x0和d_y0，在此情況下保證系統(tǒng)的實際占地面積為固定平板晶硅光伏系統(tǒng)占地面積的50％；其中d_x0為南北方向數(shù)據(jù)和d_y0為東西方向數(shù)據(jù)；

步驟4：由于各個模組在南北及東西方向上等間距分布安裝且同步跟蹤太陽，確定實際跟蹤過程中模組極限情況，并將出現(xiàn)極限情況的模組作為特定模組；其中極限情況為遮光面積與太陽直射輻照度乘積最大的時刻及系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)位置；

步驟5：結(jié)合步驟4中確定的極限情況，建立特定模組的聚光光學處理系統(tǒng)模型，將步驟1得到的直射光譜數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)導入該聚光光學處理系統(tǒng)模型，兼顧光線追跡效果和光線追跡時間，設置太陽光源的光線數(shù)量，通過光線追跡得到模組中各個電池接收表面的光譜數(shù)據(jù)及光強分布；

步驟6：針對GaInP/GaInAs/Ge三結(jié)電池建立等效電路模型；再結(jié)合步驟2中得到的各結(jié)子電池在不同溫度條件下的EQE數(shù)據(jù)和步驟5中得到的模組中各個電池接收表面的光譜數(shù)據(jù)及光強分布計算各結(jié)子電池的短路電流I_sci，并將其作為輸入數(shù)據(jù)代入三結(jié)電池的等效電路模型；

步驟7：假定同一模組中的各三結(jié)電池溫度相同，結(jié)合特定模組中各個三結(jié)電池的串聯(lián)連接及不同模組間的并聯(lián)連接情況計算特定模組在初始溫度T_n條件下的I-V特性曲線；確定特定模組的工作電壓，并計算該工作電壓條件下該模組的注入電流；根據(jù)注入電流值確定該模組的溫度變化，并依照該模組新的工作溫度T+ΔT和半導體材料帶隙能量的溫度相關特性調(diào)整其三結(jié)電池各結(jié)子電池的帶隙能量E_gi(T+ΔT)及暗復合電流I_0ni、I_1ni；其中i＝1、2、3,i為三結(jié)電池PN結(jié)序號；