電池表面鍍分光膜的太陽(yáng)能聚光分頻光伏光熱綜合利用系統(tǒng)研究.pdf

1、太陽(yáng)能是一種可再生的清潔能源，開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能對(duì)于節(jié)能環(huán)保具有重要意義。光伏和光熱利用是其最主要的利用方式。太陽(yáng)輻射的能流密度較低，采用槽式、塔式、碟式、線(xiàn)性菲涅爾反射式等聚光方式可高效、低成本地利用太陽(yáng)能。其中，線(xiàn)性菲涅爾反射式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維護(hù)、抗風(fēng)阻性能良好等特點(diǎn)。采用平面反射鏡的線(xiàn)性菲涅爾反射式聚光器可將反射光疊加在焦平面上，能流密度分布均勻，減少電池表面能流密度不均勻度對(duì)光電轉(zhuǎn)換效率的影響。聚光發(fā)電中電池表面輻射能流密度較高，不

2、能轉(zhuǎn)換為電能的太陽(yáng)能以廢熱形式使電池溫度升高，并影響光電轉(zhuǎn)換效率，因此需要作散熱處理。將這一部分熱能加以利用可提高太陽(yáng)能綜合利用效率，但所獲熱能的溫度受限于電池工作溫度。基于光譜分頻技術(shù)，采用分頻器將太陽(yáng)光譜中能被光伏電池高效利用的譜段分離用于光伏發(fā)電，其余分配給熱接收器進(jìn)行光熱利用，可避免因溫度耦合而限制熱利用溫度受限的問(wèn)題。但是采用獨(dú)立的分頻器的系統(tǒng)較復(fù)雜且分頻器本身易因熱應(yīng)力破裂。因此，本文提出在電池表面直接鍍分光膜，優(yōu)化太陽(yáng)能聚

3、光分頻光伏光熱綜合利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行相關(guān)理論研究。
　　首先，提出一種以線(xiàn)性菲涅爾反射鏡陣列為聚光器，電池表面鍍分光膜的聚光光伏光熱(CPV/T)綜合利用系統(tǒng)。根據(jù)幾何光學(xué)原理，建立了該結(jié)構(gòu)中各部分之間的位置關(guān)系方程，并以聚光器的面積利用率和幾何聚光比作為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算，得到了聚光器中各反射玻璃鏡的寬度、安裝位置、安裝角度等參數(shù)。
　　其次，基于蒙特卡羅光線(xiàn)追蹤法對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行光學(xué)仿真分析，結(jié)果表

4、明聚焦平面處的太陽(yáng)輻射能流密度分布均勻，適宜光伏電池發(fā)電。針對(duì)設(shè)計(jì)的CPV/T系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)熱接收器表面接收輻射的光學(xué)仿真，得到了熱接收器的最佳安裝位置。采用再反射鏡，可收集約27％的遺漏輻射能。
　　再次，根據(jù)光的干涉理論，以Si電池作為基底，以TiO2和SiO2作為高低折射率材料，設(shè)計(jì)出適合本系統(tǒng)的分光膜。所設(shè)計(jì)的多層薄膜在380-1200nm波段具有高透射率，透射的太陽(yáng)輻射能用于光伏發(fā)電，在其他波段具有高反射率，反射的太陽(yáng)輻射

5、能用于光熱轉(zhuǎn)換。
　　最后，對(duì)系統(tǒng)效率進(jìn)行了理論分析。根據(jù)所設(shè)計(jì)的光學(xué)分光膜的光譜透射性能曲線(xiàn)，計(jì)算出AMl.5D太陽(yáng)標(biāo)準(zhǔn)直射光譜透過(guò)膜系到達(dá)電池表面被用于發(fā)電的太陽(yáng)輻射能;根據(jù)電池的性能參數(shù)，得到了發(fā)電量和發(fā)電效率。根據(jù)其光譜反射性能曲線(xiàn)及熱接收器表面特性計(jì)算了CPV/T系統(tǒng)的熱效率。結(jié)果表明，在電池溫度25℃，集熱溫度300℃時(shí)，電池表面鍍分光膜的分頻利用系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換效率和熱利用有效能效率分別32.39％和23.79％，系統(tǒng)