第 31 卷 第 9 期
太
阳 能 学 报
2010 年 9 月 A C T A E 人E R G L 今E S )L 气田5 SIN IC A
V ol .3 1 S e
n ., N o .9
,2 0 10
文章编号: 0之衬.砚准晰(20 10) 09 一11钵 07
聚光太 阳能热 电系统的实验研 究
王六玲
,
徐永锋2
,
李
明
,
项
明2
,
王云峰2
,
林文贤2
,
魏生贤2
(1. 云南师范大学物理与电子信息学院, 昆明 65 姗 2 ;
2. 云南师范大学可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室,昆明 65 以刃2
摘 要 : 利用所设计的 2甘 槽式聚光热电联供系统,对晶硅阵列和砷化嫁电池阵列进行性能测试实验,结果表明: 砷化稼电池阵列的聚光特性优于晶硅电池阵列!优选出一定聚光比作用下性能较好的砷化稼电池阵列建立 10 时 槽式太阳能聚光热电系统,实验表明:10时 系统的电池阵列 电效率为 23 .21 % ,系统光电效率和光热效率分别为
9.88 % 和49 .84 % ,系统拥效率为 13 .48 % ,比基于槽式聚光加热真空管系统拥效率高 巧8% ,比平板光伏发电系统拥 效率高 16 % !对采用空间太阳电池阵列的 10耐 聚光热电系统性能分析表明,槽式聚光热电联供系统发电成本已
与平板的持平,且每年还可提供48 38 .38 MJ 热量供用户使用!
关键词: 聚光; 太阳电池; 热电系统 ; 实验
中图 分 类 号 : T K5 19 文 献 标 识 码 : A
0
弓I 言
高效利用太 阳能,提高太 阳能利用品位,是当今
世界太 阳能利用 的热点之一!以低成本的聚光反射
装置汇聚太 阳光,光强被浓缩 X 倍后作用于光伏 电 池,则其输出功率将成倍增加,可降低太阳能光伏发
电成本 ;同时,采用强制冷却方式可保证聚光后光伏
电池处于正常工作状态,并可获热能利用,提高能量 综合利用率,实现光伏与光热 的结合 (Pv /T )!文献 1,2∀首先提出了热电联供系统 ;文献#3 一6]报道 了 P
V /T 系统集热性能 ;文献 [7 一ro ∃对平板式 PV /T 系 统进行了研究 ;文献#11,12∀对系统运行成本及 系统 经济性能方面进行 了报道 ;文献 13 ∀对槽式聚光系 统的设计和热电性能进行 了研究 ;文献#14 ,巧∀在实
验室里对单片常规 电池进行 了实验和模拟计算,而
实际聚光状态下对 电池阵列性能的研 究未见 报道 !
聚光状态下深人 系统地研究 PV /T 电池阵列特性并 与常规太阳电池发电及太阳能热利用进行性能及经
济比较,是聚光太 阳能热 电联供系统研究的重要关
键所在!本 文采用 2耐 槽式太 阳能 聚光热 电联供
(TC PV /T )装置,对聚光后 的单 晶硅电池阵列 %多 晶硅 电池 阵列%空间太阳电池阵列 %砷化稼 电池阵列进行
性能实测研究,在分析热 电系统性能基础上,选择性
能优越的砷化稼 电池阵列建立 10 耐 TC PV /T 系统,
并获得实验结果!研究工作将 为太 阳能聚光作用下 热电系统规模化应用提供科学依据及支撑!
1 T C P
V /T 实验系统及工作原理
TC Pv /T 系统 由4 部分组成 :抛物镜面和支撑体 构成的反射系统,光伏电池阵列%蓄电池和逆变器构
成的高品位 电能输 出系统,热水 和存储箱构成的热
能输出系统,控制卡%步进 电机和 电动推杆构成的自
动跟 踪 系 统!采 用 M O DEM 60 一IA LA SER PO W ER
M ETER 测 量 聚光 光 强,测 量 聚 光 倍 数 的精 度 达
士1% !利用 TRM 一印 1 和 TR匆一2 采集气象数据和流
体进出口温度,其相应测量仪器 的精度 为:仆 Q一2 型
总辐射 表 为 士2% ;TB S一2一2 型直 辐 射 表 为 土2% ;
EC一95(X )风速传感器为 士(0.3 + O .03V )In/ S;热电偶
温度探 头为 士0 .2& ;涡轮 流量计 为 士1% !电池 阵 列输 出功率采用 TF C40 /45 0 光伏 方阵/组件测试仪测 量,测量精度为 土l% ,电池阵列工作温度用 月uk e 红 外测温仪测 量,测量精度 为 土1% !Tc Pv /T 系统工
作原理如图 1 所示,太 阳光线经槽式抛物反射镜面
收稿 日期 : 2(X 刃一02 一01
基金项 目: 国家 自然科学基金(5(珍厌以科); 高等学校博士学科点 专项科研基金 (2以刃53031 1(x刃l); 云南省科 技计划 资助项 目(2以刀C(X] 162 2(X) 8C A024) ; 教育部长江学者和创新团队发展计划资助
汇聚到光伏电池阵列上,产生电能对外供电;通过冷
却流体在内腔体内流动强制带走电池上的热量,保 证电池工作在正常温度下,所获得的热量供用户使 用!电池阵列 由导热绝缘胶贴在 内腔体上,内腔体 与外腔体之间由保温材料隔开起保温作用!
l l
抛物反射镜面实际聚光面积为1440 Inln x 145 0Inln ,理 论聚光 比为 16 .92 ,采用激光功率计测量系统实际聚
光比为 10 .27!
12:户 14
,
!
,
6
,, 一岁岁. % % } J J 一一
1.槽式反射镜面 2. 流体贮 热箱 3. 导管 4. 泵 5. 热电联供复合接收器 6. 电能输出电极 7. 太阳光线
8. 支撑连接杆 9 .旋转轴 10. 地面支撑架 11 . 太阳 1
2 . 电池阵列 13 . 导热胶 14 .保 温层 巧. 内腔体 16. 外腔体 17 . 冷却流体
图 1 槽式聚光太阳能 PV /T 系统装 置图
F ig .l r几e di aglaln of tro ugh eoneentrat ing sol ar 即st em
2
T C PV /T 系统实验性能
2.1 2耐 TCI W /T 系统 2.1.1 4 种电池阵列性能测试
设计制作 2耐 槽式聚光 Pv /T 系统如图 2 所示!
图 2 2时 TC PV /T 系统 Fig.2 2衬 代PV /T syste m
电能输出单元 由 4 种电池 阵列组成,其中单 晶
硅电池阵列由 10 片一般商业化电池串联组成,单片
面积为 ro 3Inm x 51 .SInln ;多晶硅电池阵列 由 10 片美
国生产 的单片面积为117 Inln x 75 Inln 的电池 串联组
成 ;空间太 阳电池阵列由 16 片美国生产的单片面积
为 7l lnln x 62 Inln 的电池 串联组成,且基体材料也为 晶体硅 ;砷化嫁电池阵列由 40 片单片面积为 40 Inln x
3
0 Inm 的电池串联组成!在同一时刻,测试 同种 电池
阵列聚光前后的特性参数如表 1 所示!聚光前后 电 池阵列 I- V 曲线如图 3%图 4 所示!
表 1 电池阵列特性参数
T al ∃le 1 Th e 侧叮田11eters of 击玉reni eell arra ys
电池阵列参数 光强 单晶硅电池阵列 多晶硅 电池 阵列 空间太阳电池阵列 砷化嫁电池阵列
I目 /W ∋m 一2
普通光强 聚光光强 普通光强 聚光光强 普通光强 聚光光强 普通光强 聚光光强 普通光强 聚光光强 普通光强 聚光光强 总辐射 直辐射
4 .95 5 .30
5 .50 5 .60
1 .33 3 .田
6 .52 5 .印
5
9 .22 40 .叩
25 .印 33 .98
7 .5 7 .66
1 .77 1 . 12
3 .8988 6 .503 1 9 .1793 9 .5 152 0 .8825 5 0 .% 305 0 .99 2() l 0 .9867 1
979 .5 1 % 7 .30 951 .% 叫 2 .72
8 .07 11.50
1.55 13 .56 7 0 .56
3 6 .2 8
13 .28 6 .67
8 .8 2 65
4 4 .31 66
0 .4 194 2
0 .43 184
9 4 3 .2 1
9 18 .54
95 .70 105 .40
0 .15
1 .7 7
78 .5 1 67 .3 1
2 4 .0 2
26 .53
1 1 .2 7 12 5 .5 7
0 .53336
0 .6 8 7 7 6 9 7 7 .4 8
9臼∃.0
[image:2.587.49.523.554.790.2]1 156 太 阳 能 学 报 31 卷 . . . . . 1 1 1
6 片空间太阳 电池 ::: 串
串联联
2 .5 阅2 .0
女1.5
1.0
0 .5 伟
j ,l U n , O 八
(
(
C U O11I11.0 2 .0 3 .0 4 .0 5 0 U / V
1 1 1 日! n n
州 \%
1 2 3 4 5 6 7
刀八
3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 刀八
0 0 0 0 0 0 0 0 0806040200141210
孙 州 浏 叫 刻 侧 州!
图 3
Fig .3
普通光强下 4 种电池阵列的 I- V 曲线
T
h e 1- V eurve of dj丑七化nt eell aIT ays in 1 sun
入
刀
入
卜 \ , 3 .0 卜 \%
{ \ 又 } \
}
__ \
一2当
\
}))仃单晶砰电他傲城伙 r o[ ) 片多晶硅电池串叹
刀 1.0 2 0 3 .0 4 0 5 乃
刀八
1.0 2 .0 3 .0 4 刀 5 .0
刀/%
U 11! 4,,C1O%
V \ 工
30 4 0 5 0 6 0 7 0 80 9 0
刀/ V 4 2 0 0 0 6 420
,
.
(
(
0 0000111 斗,
000 b峥月,
山 1..1.. 山1..
阅 \%
0 1 2 3 4 5 6 7
召/ V
图 4 聚光光强下 4 种电池阵列的 I- V 曲线
Fig .4 Th e j- V eurv e of di玉 re nt eell ~ ys in eonc en trating irra dian ee
电池阵列的填充因子和效率可由(1)%(2) 式计算:
%%产 r
%11
,. 二
,
Z .
%
了 吸 了
%
F 尸 = 尸~ V oc l,
尸二
甲= nI !日IA cel l
式 中,尸~ ∗ 最大功率点 ;嵘,I ∗ 分别为电池阵 列的开路 电压 和短路 电流;A% ∗ 电池 面积;I%,
n∗ 在聚光下分别为直辐射和实际聚光比;在普通聚
光下 Id 为总辐射且 n 二1!由表 1 可知,聚光后,太阳
能流密度增加,所有电池阵列的光生载流子增多,短路
电流 I,变大,开路电压 嵘 有小幅度增加!光强汇聚后
引起电池温度升高%串联 内阻 R, 增加[6一9)∃,当 R s 增
加,电池的填充因子 FF 降低!聚光后,晶硅电池阵列
的效率 刀都会下降,其 中单晶硅电池阵列的效率由聚
光前的7.5% 下降到 1.刀% ,多晶硅电池阵列的效率 由
聚光前的 7.肠% 下降到 1.儿% ,空间太阳电池阵列的
效率从13 .28 % 下降到6.67 % !而砷化稼电池的效率反 而增加,从 撰.m % 增加到 26 .53 % !主要原因可由(3)
j懈 释,输出功率的损失主要由 产R, 决定,从表 l 可 知,晶硅电池阵列串联 内阻 R, 大,且 电池中流经电流 也很大,导致输出功率损失巨大,效率会下降很多;而 砷化嫁电池阵列聚光后为高电压低电流输出,且串联 内阻 Rs较小,因此输出功率损失较小,效率会增加!
尸二塑鑫
q兰11
一火 11{二
二Z十1)一
0 )一,,,
*_
(3)
式中,A ∗ PN 结品质因子;k∗ 玻尔兹曼常数; 兀∗ 太阳电池的工作温度;q ∗ 基本电荷常数;
R s∗ 电池的串联 内阻 ;10 ∗ 二极管反 向饱 和电 流;I L∗ 光生 电流 ;N ∗ 电池阵列 的电池片数!
图 3 和图4 为聚光前后电池阵列 I- V 特哇曲线,由 图可知,聚光前所有电池阵列特性曲线都较好,聚光后
只有砷化稼电池阵列保持较好 的 I- V 特性,主要原因
在于砷化稼材料具有带宽(E g二1.43 eV )%与太阳光谱匹 配良好%吸收系数大%抗辐射能力强%高温性能好等优 点困,在阳光的激发下,其光生载流子属直接跃迁型,
相应的吸收系数很大,I,增大!本系统采用的砷化稼 电池阵列聚光后电池效率增加到26 .53 % ,最大输出功 率放大了11 .14 倍,与文献#9,ro,13∀报道相符!叠层砷 化稼电池 的极限效率可以达到约 40 % 训,在 翎 倍或 者更高倍数的聚光下,砷化稼 电池仍然保持 25 % -2
7 % 的光电转化效率圈,因此砷化稼电池是 Pv/ T 系统
较好的选择!
2.1.2 采用 4 种电池阵列的 2耐 TCPV /T 系统性能 比较
系统 电性能和热性能是评 价 TC PV /T 系统性能
优劣的主要参数,本文对采用 4 种 电池 阵列 的系统
进行热电性能测试,测试条件为 :平均 风速 0.5而s,
最大风速 1而S;直辐射强度 范围 8的 一850 W/ 讨 ;环 境温度变化范围 18 .1 一22 .5& ;冷却工质流量相对 稳定在 40 U h,误差范围约在1U h!根据测试结果计 算系统的热%电效率,公式如下 :
刀t= mc p,f(几,一Ti)/IdA ! (4)
甲p%= p ~ /IdA ! (5)
式 中,m ∗ 工质的质量 流量 ;c p,f∗ 工质 平均温
度下的定压 比热容 ;T%和 T%t∗ 分别 为工质 的进
出口温度;几∗ 平 均直 辐射 ;A m∗ 聚光 有效 面
积;尸~ ∗ 电池阵列的最大输 出功率!计 算结果
[image:3.592.46.278.23.822.2]李 \ 并 簇 编 象 睽 李
\ 哥 掇 滚 编 睽
0 0 10 0 .0 2 0 0 .0 3 0
(不一均 _ r. ~
不 于/w一)飞)m
0 .0 10 0 .0 2 0 0 刀3 0
(不一均
∀ 曰 八 曰 n n U
4 内#%
乙.且
内 J 内 J 内 J 内 j
享 \ 哥 象滚绷媛
o n 八 O U n U 0 C U C U C U 4 1 4 0 3 4393837373635
享\ 哥 象 绷 滚 吸
0 .0 10 0 0 2 0 0 .0 30
(不一均 _, ,_
万 厂/w一 %.m)
(界一均
几 /W 一,∋& ∋耐
0 .0 10 0 .0 2 0 0 0 3 0 4 8 4 6 4 5 4 4 4 3 4 24947
C n n l j U n n n 曰 n U C U
享 \ 哥 象 编留吩
4 内%
内 乙 n11 O声 n 吕了
%
以%
以哎%%
片月 4月 t
.
.
(
(
n一 n C C U n U n U 八 U O
李 \ 哥 族 绷 留 晰
竺二卫理一,.&.mZ
几
竺卫 理一,.&.mZ
几
八∀ U n一 O
了 O 亡%
咔 内月 j
%
曰
%
!
%一
%
李 \ 哥 叔 翻 绷 吸 享
\ 哥 象 绷 留 睽
0 .0 10 0 0 20 0 .0 30 0 刀 10 0 .0 2 0 0 .0 3 0
竺二卫理一,.&.mZ
几 l工上儿卫理一&.mZ
图5 采用 4 种电池阵列的T(于v /T 系统效率曲线
F
i t.5 Effi eien叮 eurv es for 代PV /T 叮stenl adO Pte d fo ur sol ar eell aIT ays
由图 5 可知,采用多晶硅 电池阵列的系统热效 伏热电联供系统最佳选择!本文 2时 TC PV /T 系统 率最高,其次为单 晶硅电池阵列系统,最差的为砷化 聚焦宽度较大,为 10c m ,而采用 的砷化稼电池宽度 稼电池阵列系统!因为多晶硅 电池 阵列面积大,汇 只有 4c m ,大部分汇聚光强没有被利用,不仅影响系 聚的光能大部分被电池吸收,而砷化钵 电池阵列面 统热效 率,而 且在 聚 光后,将 光 电转化 效 率达 到
积小,大部分光照射在吸收率较小的内腔体上,系统 26 .53 % 的砷化稼电池阵列系统的电效率降到仅约为
能量吸收较少,热效率较小!因砷化稼 电池优异的 5.4% !因此本文结合砷化嫁 电池特征提出优化方案,
电性能使采用砷化嫁 电池阵列 的系统 电效率最高, 改进反射镜面,减小聚焦宽度,让大部分光强汇聚在电
其次为空间太阳电池阵列系统,多晶硅 电池阵列系 池阵列上,还增加反射面开口宽度,提高聚焦比!同时
统 电性能最差! 建立 10mz 卫J w /T 系统,并进行测试实验!
由实验 和计算结果可知,砷化嫁电池为聚光光 2. 2 10 耐 T O W IT 系统
115 8 太 阳 能 学 报 31 卷
系统的综合性能与 2(X 又年Aus tral ian N at ion al Uni ve r-s
ity (AN U) 建立的 300 耐,峰值功率 4D kw ,聚光 比 38 倍 TC PV /T 系统 的性能进行了比较,如表 2 所示!
图6 10时 槽式聚光 PV /T 系统 Fig.6 20衬 加ugh eoneen加ring PV /T systern
表 2 两套槽式聚光 PV IT 系统特性参数
T able Z 皿le p~ lete rs Of tw o 加ugh eoneen回 ing PV /T syst ems
系统参数/时 10 3田
镜面面积/时 1 2.18
镜面数 10 136
总面积/时 9 .25 297 总 电池 面积/甘 0 .19 6 .8 镜面面积/电池面积 69 .9 44
旋转角度/( ) 士75 士叩 精确度/( !) 0 .1 0.1
聚光比 20 x 38 x 镜面效率 0 .65 0 .83 电池阵列光电效率/% 23 .21 21
集热器采光率 0. 9 0. 94
水箱容积几 150 以X洲∃
总输出最大直流电功率/kw 0 .823 32 热功率/kw 3.326 1印
注:测试条件 :直辐射 以X∃W/ 甘,环境温度293 K,风速 1而s
由表 2 可知,本文 10耐 TCPV /T 系统 聚光比%镜 面效率和集热器采光率 比 AN U3田耐 系统都要低,
且单位镜面面积上 的电池面积也要小,因此本 系统
单位面积输出功率为 82 .3W ,而 AN U 系统单位面积 输 出功率为 106 .67 w ;但本系统输出功率提升空间 很大,如提高本系统镜面效率和增加系统聚光比,采 用镀银镜面可使反射率增至 0 .9,则本系统单位面 积输出功率为 113 .95 w !若优化 电池 阵列,如减少 光伏 电池 间 隙可 在 长 sm 的 内腔 体 上 贴 长 度 为
o .03 m 的砷化稼 电池 16 6 片,再使焦线宽度从 原来
的 6c m 减小至只有 电池 的宽度 4c m,则单位面积的
输出功率可达17 7 .33 W !
由于热 电价值不一,槽式聚光热电联供复合系 统性 能 须用拥 效 率 进 行 分 析,经 计 算 得 到 10衬 TCPV /T 系统的拥效率为13 .48 % ,单独平板光伏发 电系统拥效率为11 .64 % ,基于槽式聚光系统加热真 空管拥效率为 5.22 % !TC PV /T 复合系统拥效率 比 真空管佣效率高 158 % ,比平板光伏发 电系统佣效率 高 16 % !3 种太 阳能利用设备在同一时刻测试 的实 验数据如表 3 所示,佣效率的计算公式如下 :
%
, /%%
夕
0 7 2矛 吸了%子 了子 .%
E USe 二() %elec + m {[h 一( T!+ 273 .15)s∀%,
-#h 一( 了!+ 273 .15)%∀,!}
亏~
A m l
E use
一, ; %(% T!+ 273.151
5 7 7 7
式中,Q %flec ∗ 太 阳能利用设备 的最大输 出功率 ; h, %∗ 分 别 为工 质 在进 出水 温 度 下 的烩 和墒 ;
Ta∗ 环境温度 ;Ie∗ 辐照度 ;A m∗ 采光面积!
表 3 3 种太阳能利用设备的性能对 比
廿!,al∃le 3 C om l∃an son wi th the pe rfo rm an ee of th e thr ee solar ut让ize e卿 四 ents
踢拥 采光面积 辐照度 环境温度 进水温度
/时 /W ∋m 一2 /& /&
槽式聚光加热真空管 1.95 gro .0 18 .0 40 .0 平板光伏发电 1.肠 94 1.0 18 .0 一 槽式聚光热 电联供 9 .25 910 .0 18 .0 40 .0
出水温度
/&
流量
/L∋h 一l
最大输 出 电功率/W
5 9 .40 40 .0 一 5 .22
5 1 32 2印 .0
110 .6()
780 .39
11.麟
13 .48
2 .3 槽式聚光太阳能 PV /T 系统经济性
由表 4 知整套 10 耐 太阳能 TCPV /T 系统的初期 成本为 92 61 ,其最大输出电功率为291 .78 W ,发电
成本为31 .74 /W ;商用 普通单晶硅太 阳电池成本
为 50( X) ,其最大输 出电功率为 160 W ,发电成本为
3
1 .25 /W !可知,该 TCPV /T 样机的发电成本几乎
与普通商用单晶硅太 阳电池持平,但该系统还能获
得额外热收益!
据 表 5 知,全 年 该 太 阳能 系 统 可 获 得 电 能
5
3 4 .02 9k w ∋h,热能共48 38 .38 州 !昆明地 区居 民用
热水除靠太阳能热水器提高外主要靠管道煤气和电
[image:5.589.38.272.364.566.2]表4 经济参数表
,
n 山le 4 P a朋 eters of ec ono my
经济 单晶硅空间 接受器和其他 商用普通单晶硅 参数 太阳电池成本 设备成本 太阳电池成本
数值 48 61 叫以) 50以)
效率取国家标准 GB47 06 一1995 要求的 90 % 圈,目前 昆明市民用电价为 0.5 /k w ∋h; 燃气热水器的效率
取国家标 准 QB1 238一91 要求 的 80 % ,燃 烧 热值 为 巧.6咐/耐,目前昆明居 民燃气价格为 1.1 /m3 !设 每年由电热水器和燃气热水器提供的热量与槽式聚 光太 阳能 PV /T 装置获得的相同,为48 38 .38 州 !若 该 热 量 完 全 由 燃 气 热 水 器 供 给,约 需 耗 燃 气 3
8 7 .69 时,合人 民币42 6 .46 ;若 由电热水器 提供,
约需耗电 13 44 kw ∋h,合人 民币 672 !
表 5 槽式聚光太阳能 PV IT 系统的月发电里和产热量
Tab le S TI 记mo ntldy the rm al and eleetri eal output of th e 加ugh eonc elllTa tl飞sol ar PV /T syste m
l月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 直辐射/MJ ∋mZ 3lO .62 283.55 25 6.73 230 .5l 20 3.67 l50 .(X) 149 .73 141.98 174 .50 珊 .7 一230.70 163 .肠 月发电量/kW ∋h 50. 02 9 49 .592 48 .11 6 47 .1印 45 .724 39 .以科 37 .868 36 .380 44 .424 45 .以抖 47 .192 42 .636
月产热量/MJ 以叉).65 548 .30 496 .44 4 5 .74 393.84 4 2叩.76 289,53 274.55 337 .43 399 .72 44 6 .11 315.31
整套系统以获得电能%降低单位发电成本%提高 光电转化率为主要目的!其发电成本基本与传统的 光伏电池板持平,但获得电能同时还获得大量的热 能,这部分热以约 50 & 的热水形式存储,可供用户 采暖或日常生活用水!对于其热%电的分配方式以 及对用户需求与供给方面的问题将在以后的研究中
进行探讨!
环提高出水温度用作中高温热能的利用,可做到高 效太阳能能量综合利用!因此槽式 聚光 PV /T 系统 具有较好的应用前景!
+参考文献]
3
结
论
l
) 基于自主设计制作的2时 TC Pv /T 系统,对晶 硅电池阵列和砷化稼 电池阵列进行性能实验,结果 表明聚光后晶硅 电池阵列 l- V 曲线变成直线,而直
接跃迁型砷 化稼 电池聚光后具有 良好 I- V 特性 曲
线%较高的光 电转化效率和填充因子,其为聚光光伏
系统最佳选择;
2
) 以砷化嫁 电池 阵列 为电能输 出单元建立 了
10时 TC PV /T 系统!由表 2 计算可知,优化后 的系
统,电效率为 9 .88 % ,热 电总效率达 到 49 .84 % ,同 时 系 统翩 效 率 达 到 13 .48 % !并 与 AN U300 时
TCPV /T 系统进行 比较,本系统电池阵列的光 电效率
较高,相同情况下输出电能也更多!若优化 电池阵
列和镜面,该系统输 出功率可达到177 .33 w /时!本 热电系统的佣效率比真空管的拥效率高 158 % ,比平
板光伏发电系统 的拥效率高 16 % ;
3
) 对采 用 高性 价 比的空 间太 阳电池 阵列 的
T
C pV/T 系统和商业化平板光伏 系统进行经济性能 分析可知,规模化 TCPV /T 系统与现在平板 的光伏
电池发电成本持平,且系统可提供相当于同等集热
面积的热水器提供的热水供用户使用,或者再次循
H endri e 5 D . P hotovoltai e/th em lal eoll eetro dev e,oPm eni Pro
-卿 #Final Re户∃ri ] M 仃[R ]. N ew- Y ort : u neol!I月Ix∃rat !
-r y , 1982 .
R usse n T, Be all J, 肠fe rs ki J J, et al . COInl 五ned Photov ol ta
-ie/the rm al eolleetor pan eh of ilnpll∃Ved de si邵#A ∃.
Pnx:eed-i卿 Of IEEE photovolt ai e 雏eialisrs Confe re nee[C∀, Net
-w
o rk , 198 1,9 男卜一塑∃6 . Z
o nd 鳍 H A, D evri es D W , van helden W G J. Th e yield of
翻 七rent col llbined PV 一the nll日eolleetor de si那 #J∀. So lar
E
n ergy , 2(X) 3, 74 : 25 3一 269 .
San dlles B, Pe b tad J. A Ph otovol面e/th enna}(PV /T) Col lee-t
o r wi th 即lym er ab so d祀r 禅at e. Expe rim en tal an d an al 州cal m 仪掩1 J∀. 阮lar Ene 哪,200 2, 72(l): 63一73 .
Platz R, Fisc her D, Zuffe rey M A, et al . 脚bri d eolleetors u
s ing 面n一fiha te ehn ol卿 A ∀. PrOC e曲嗯5 of 26th IEEE P
h
o tovoltai e S洋eiah sts Confe renee#C∃, 知 ah e诵, 1叩7 .
A ff(∃lt er P, H all er A , u oR ss D, et al . A ~ ge ne rat io n of
hybri d so lar coll ec to!一s orba pti on an d 坛gh te lllpe ra ture be hav -ior eval uation of amo 甲hou, 俐妇ul es[A ∀. Pn祀ee di 哪 of 16山 EUn 沙犯a刀Ph ot ov ol !刻r Ea n e耳分Co l派,enCe C∀, Gl as
-g
o w, U K, 2(X X) .
Ben罗ne T, 助vv ik 0 . M 侧−eleal e己i on on a fat lat 一Pl ate so lar h
e at eol leeto: 初山inte grat ed so lar eells J∀. So lar Ene卿,
199 5, 55(6):453一拓2 .
T r
i pan卿 ost呷 ul ous y , N ousis T, 阮 己ists M . H ybri d Ph
1 16 0 太 阳 能 学 报 31卷
(3): 217一234 .
#9∀ 口riwar i 腼 ind, S对ha M 5 . Pe re nfnanc e eval uati on of so lar Iv /T∃ 叮ste m : An expe rim ental val idi onat #J∃. 阮lar Ene卿,
2∃拓, 80(7): 751一759 .
[10∃JIJ,Lu J p,Chow T T,etal . A se ns itivi ty stu dy ofa hy bri d
phot ov ohaielth en nal wate 卜e ah ti ng sy ste m wi th nat叮习 ci 沈ula
-t
ion#J]. A pplied Ene 卿,2哪,84 (2): 222-- 237 . 11∃Tri Pa llagn ost 卿 山5 Y . Cost effe etive de si尹 of bul ldi ng
in-t
egra ted PV/ T so lar sys telns #A ∃. ProC ee di ngs of Zls ,Euro pe
-a
n PV So lar Ene卿 Co刊Fere nee#C ], Dre sd en, Ce rn 刊ly, 2(X 拓 .
12∀rrat sse G, M onezo C, Jo hanne s K . Ene 卿 洋rfo nnan ee of
w a
t er hybri d PV /T eolleetors aPplied to eofnb isystems Of direc t
s o
j ar floor type [J∃. 刻ar Ene乓分, 2朋 , 81 (11): 142 6一
14 38 .
13∀CoventIy J 5 . P) e rfo nnanc e of eonc entrati 飞 Pho tov ol面e/th
er-m a
l so lar eollec to r J]. 叙ar Ene 卿,2田5, 75(2): 211一
2 2 2 .
#14 ] 吴玉庭,朱宏哗,任建勋,等. 聚光条件下太阳电池的 电特性分析#J∃. 太阳能学报,2(X 只,25 (3) : 337 一340 .
#巧] 苑进社 . 常规晶硅太阳电池在低倍聚光条件下应用研 究 JI. 太阳能学报,2(X) 3,抖(2): 253一25 6 .
16] El 一A da州 M K, Al 一Nuai m 1 A . A m ethod to detenm ne th e
s o
l ar eell series 二sistan ee ha n∃a singl e 1- V . Chara eteristie
eur y!cons ide五飞its Shun t re sistc ena - new appro ac h#J丑. Vac -uun l, 2(X) l, 醉(1): 33一36 .
#17 ] 赵富鑫, 魏言章. 太阳电池及其应用 M ∃. 北京: 国防 工业 出版社, 1985, 327 一328.
#15∃雨11atg A, Dav is J R, H opki ne R H . Effe Ct of titam um ,
eoP哪r an d iro n on silieon so lar eells[J]. 阮lid State
Elee-t r
o 叱, 1980, 23 : 4 15 一4 22 .
#19 ∃徐永锋,李 明,王六玲,等. 槽式聚光太阳能系统太 阳电池阵列 的实验研究#J∃. 半导体学报, 珊 8, 29
(12): 24 21一 2426.
[20 ] 李 标, 向贤碧,游志朴,等 . 高效 川G aAs/G aA s 太阳
电池的研制及辐照效应#J] . 半导体学报, 1995 , 16 (10): 741一746 .
2
1 ∀黝ler J M,M Orra lF l,川切C G,et al . w 压Fer han di ng an d
l即,!r trans fe : proc esse s fo r 坛gh effi eienc y so lar CellS A∀.
NCPV an d so lar 阮 孚am Re vi ew M eeti飞 [C ∃,U S,珊 3, 7 23一 726 .
#22 ] An( iree v V M,Gri likh es V A, 肠vos tiko v V P, et al . Con
-eentra t!: 卿 m 仪l己es and so lar Cells fo r尹rP v 斗stems 仁J∀.50 -lar Ene卿 M at edals and 阮lar Cesll , 2(X 只, 84 (1一4 ): 3一
17 .
[23 ∀孙振华,王如竹, 翟晓强. 直膨式太阳能热泵热水器
实验研究及经济性分析#J∃. 上海电力,2叨7,5: 47 5一
4 7 9 .
T H E E X P E R 协几N T A L S T[ JD Y O F T R O U G H C O N C E N T R A T 刃N G S O L A R P H O T O V O L T AI C /T H E R M A L S Y S T E M
W a
n g b uling
, ,
Xu Yon沙n才
,
L
i M in才
,
Xia
n g M in才
,
W allg Yun
f
e n扩
,
u n W
e n
x i对
,
W eiShen群i耐
(l . 5刁J众∃l of 月l笋,公and Elect~ 场 耐 , , }衍切朋 J叭,侧 汉之的11&rslty , 为口l刀1公移 65 卿 2, Ch ina ; 2 . 肠 石么,丽ry of Ad伏l刀钗Z Te 动n匆u.& 乃卿 r以姗 fo : 五e门更,之心6le EI 记哪 止认以e咸汪, ,
∀
U 动砧try of Ed l义左, , h 切刀!刀No rT子刃Z UI l&r,ity , 瓜~ ng 65 (X 刃2, Ch ina )
A 加n习ct:Th e perfo rman ee testing experi me nt of e叮stal line silieon eell a湘y an d G aA s eell arlay ha) v e been earri ed out on
t
h e Z时tro ugh eoneentrat ing Ph otovo ltaie/them lal system independenrly. Experime ntal re sults shi∃wed thatperfo nnan ee of
eaA , !ell array 15 better 小an 山at of C叮s以line silie!! !ell 珊 . Th e 10耐tro ugh Coneentrat i雌solar photo volta
iez山er-m al system wh ieh adopt G aA s eell 翻rr ay selec te d fo rm pri or e娜 i mre ntal re sultof exc ellent详rfo rman ee in eondition Of
50-lar eo n een tra tin g rad ia tion has be en estab lish e d . Th e ex 邵ri me n tal re slilts sh o w ed th at p h o toe lec tri e effi eien ey of G aA s
e ell a rla ) 15 2 3 .2 1 % , th e elee tri e effi e ie ne y an d th erm al efi e ien ey of f U lis sy ste m are 9 .8 8 % an d 49 .8 4 % , re s详etive ly
a
t the 10时tro ugh eonc entra ting system . Th e exe卿 of the system is l3.48% , whi eh is high er 158% th an th atof evac
u-a
t ed tube heated by tro ugh eoneentrat ing an d 15 high er 16% than flat一plat e photovoltaie 即ste m .Th e eostof罗nerat e
elee-trieity wi th tro ugh eoneentra ting photovo lta ie/therm al system ad 叩ted sul祀r eell arra y ean eateh th at of stan d耐 flat 一plate