菲涅尔透镜表面积尘对HCPVT系统热电输出性能的影响

发布时间：2020-07-16 08:28

【摘要】：针对由菲涅尔透镜表面积尘引起的聚光损失,砷化镓电池表面能流分布不均和系统热电输出性能下降等方面的问题,本文基于风沙气候条件以菲涅尔HCPVT系统为研究对象,根据不同积尘特性,理论分析并建立了积尘对系统电输出性能的预测模型,对系统的聚光特性进行试验研究和仿真模拟,通过试验和理论对比的方法研究积尘对系统热电输出性能的影响规律。本文通过分析积尘机理及其对聚光器透射率的影响,将砷化镓电池单指数模型与积尘重叠模型进行耦合,建立考虑入射角的三结砷化镓电池单指数预测模型,通过模型预测出DNI为800 W/m~2时,透镜表面洁净时的电流为5.13 A,而积尘密度为5 g/m~2时的电流为3.76 A,积尘后下降约26.71%;透射率由洁净时的92%降至积尘密度为5g/m~2的77.9%左右,整体降幅约14.1%;将模型预测的透射率理论值与实测值对比,误差最大约8%左右。通过人工布尘的试验测试方法,分析积尘对聚光器透射率及波长的影响规律,定量分析积尘密度、积尘粒径对菲涅尔透镜透射率、吸光度的影响。结果表明,在200nm~400 nm波段内,透射率由0快速增加到90%左右,在波长为400 nm~1000 nm时,透镜透射率缓慢增高到92%;随着积尘密度的增加,透镜的透射率逐渐降低,从洁净状态的91.71%下降到积尘密度为3.12 g/m~2时的69.14%,平均积尘密度增加1 g/m~2,透射率下降约7.23%;对比透镜表面洁净和积尘密度为3.12 g/m~2时的吸光度,其值分别为0.065和0.182,平均积尘密度增加1 g/m~2,其吸光度增加约0.031,增长幅度约为47.27%。本文建立了积尘的三维模型,利用蒙特卡洛追迹法,研究积尘对系统聚光效率、电池表面能流分布及光斑均匀性等聚光性能的影响规律,同时,分析了积尘特性及结构参数对系统聚光性能的影响。结果表明;积尘密度小于10 g/m~2时,平均积尘密度增加1 g/m~2,能流密度下降约4.77%,其聚光效率下降约4.12%;对比在入射角为0~1°和1~2°时的聚光效率,分别下降约22.02%和28.61%,呈现聚光效率下降幅度增大的趋势;装配距离在350 mm~360 mm时,光斑均匀性由45.3%左右快速下降至1.91%左右,在360 mm~380 mm时,光斑均匀性快速增大到89%左右。通过人工布尘的方式进行试验测试,研究分析积尘密度对系统热电输出性能的影响,试验结果表明,系统电压随着积尘密度的增大几乎不变,而系统电流则随着积尘密度的增大而逐渐降低,在积尘密度小于8 g/m~2时,平均积尘密度增加1 g/m~2,电流下降0.23 A;积尘对系统热性能的影响程度大于积尘对电性能的影响程度,平均积尘密度增加1 g/m~2,热功率下降6.8%,热效率下降6.17%,电效率下降5.4%,电功率下降约5.8%,系统发电量下降约6.9%。
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM615;TK513.1
【图文】：

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内蒙古工业大学硕士学位论文，学者们将目光转向太阳能聚光技术，特别是太阳聚光装置将太阳辐射汇聚到小尺寸的太阳能电池提高聚光比来减小焦斑的大小，增加电池表面能4]，据相关文献数据表示，目前太阳能电池的光电转率分别可以超过 40%[5-6]和 35%[7]，但是对于采用高系统而言，为了尽可能的降低成本，需采用菲涅尔

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内蒙古工业大学硕士学位论文损害越严重，进而影响系统的聚光性能，因此还可以将积尘和碱性积尘[47]。光特性的影响机理存在各种成分的灰尘微粒及水汽，太阳辐射进入地球大气层灰尘微粒和水汽吸收并散射，从而聚光器接收到的太阳辐射化。由于透镜表面积尘大多数为非透明固体颗粒，太阳辐射中，积尘会对入射光线产生反射、吸收和透射作用，改变了播路径如图 2-2 所示，从而造成光学损失，使得电池表面

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第二章积尘机理及其预测模型中，对于菲涅尔透镜聚光系统，主要利用的是透过积尘表面到阳辐射能，其他均可视为光学损失。在太阳辐射传输过程中，法直接测出，同时积尘对太阳辐射的反射部分所占比例很小，模型镓电池单指数模型于太阳能电池的等效电路模型比较常见的有两种模型，分别是管模型[49]，但双二极管模型计算中所用参数较多且复杂，并且[22]，为计算方便，本文采用单二极管模型，将电池看成一个统串联电阻及并联电阻的模型，其原理如图 2-3 所示。

【参考文献】