槽式聚光太阳能系统太阳电池阵列

槽式太阳能光热发电原理
槽式太阳能光热发电是利用太阳能将光能转化为热能，再将热能转化为电能的一种发电方式。

其原理如下：
1. 太阳能集光：槽式太阳能光热发电系统通过一系列的反射镜或反射面将太阳光聚焦到集热管上。

这些反射镜或反射面可以是平面镜、折射镜、聚光镜等，它们的作用是将散射光线聚焦到集热管上，提高光能的利用效率。

2. 热量吸收：集热管是槽式太阳能光热发电系统的关键组件，它通常由金属或合金材料制成，内部充满工质（如油或盐等）。

当太阳光聚焦到集热管表面时，集热管内的工质会吸收光能，转化为热量。

3. 热储存：太阳能光热发电系统常常会将热量储存起来，以应对夜晚或阴天等无光条件。

热储存系统通常采用热储罐，其中的热媒（如盐）可以在高温时吸收大量热量，并在需要时释放热量。

4. 蒸汽发电：利用储存的热量，槽式太阳能光热发电系统会将工质加热至高温，使其沸腾产生高压蒸汽。

这些高压蒸汽会驱动涡轮机转动，从而带动发电机发电。

5. 电能输出：发电机将机械能转化为电能，并通过电缆输送至电网或供给需要的地方使用。

总之，槽式太阳能光热发电系统通过光能到热能再到电能的转
化过程，将太阳能转化为可用的电能，实现了可持续、清洁的能源利用方式。

光热发电太阳能光热发电是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。

采用太阳能光热发电技术，避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本。

而且，这种形式的太阳能利用还有一个其他形式的太阳能转换所无法比拟的优势，即太阳能所烧热的水可以储存在巨大的容器中，在太阳落山后几个小时仍然能够带动汽轮发电。

目录简介太阳能光热发电是新能源利用的一个重要方向。

太阳能光热发电是太阳能利用中的重要项目，只要将太阳能聚集起来，加热工质，驱动汽轮发电机即能发电。

1950年，原苏联设计了世界上第一座太阳能塔式电站，建造了一个小型试验装置。

太阳能光热发电70年代，太阳电池价格昂贵，效率较低，相对而言，太阳热发电效率较高，技术比较成熟，因此当时许多工业发达国家都将太阳热发电作为重点，投资兴建了一批试验性太阳能热发电站。

据不完全统计，从1981～1991年，全世界建造的太阳能热发电站（500kw以上）约有20余座，发电功率最大达80mw0按太阳能采集方式划分，太阳能热发电站主要有塔式、槽式和盘式三类。

这些电站基本上都是试验性的。

例如，日本按照阳光计划建造的一座1mw塔式电站，一座1mw槽式电站，完成了试验工作后即停止运行。

美国10mw太阳1号塔式电站，进行一段时间试验运行后及时进行技术总结，很快将它改建为太阳：号电站，并于1996年1月投入运行。

80年代中期，人们对建成的太阳能热发电站进行技术总结后认为，虽然太阳能热发电在技术上可行，但投资过大（美国太阳：号电站投资为1．42亿美元），且降低造价十分困难，所以各国都改变了原来的计划，使太阳能热发电站的建设逐渐冷落下来。

例如，美国原计划在1983～1995年建成5～10万kw和10～30万kw太阳能热电站，结果没有实现。

4 t7 正当人们怀疑太阳能热发电的时候，美国和以色列联合组成的路兹太阳能热发电国际有限公司，自1980年开始进行太阳热发电技术研究，主要开发槽式太阳能热发电系统，5年后奇迹般地进入商品化阶段。

槽式太阳能热发电技术的现状及进展槽式太阳能热发电技术简介槽式太阳能热发电是利用槽式聚光镜将太阳光聚在一条线上，在这条线上安装着一个管状集热器，用来吸收太阳能，并对传热工质进行加热，再借助蒸汽的动力循环来发电。

槽式聚光器的抛物面对太阳进行的是一维跟踪，聚光比为10~100，温度可以达到400℃。

20世纪80年代中期槽式太阳能热发电技术就已经发展起来了，目前美国加利福尼亚州已经安装了354 MW的槽式聚光热发电站，其工作介质是导热油，换热器可以使导热油产生接近400℃的过热蒸汽来驱动汽轮机发电。

槽式太阳能热发电技术特点槽式太阳能热发电技术最主要的特点是使用了大量的抛物面槽式聚光器来收集太阳辐射能，并把光能直接转化为热能，通过换热器使水变成高温高压的蒸汽，并推动汽轮机来发电。

因为太阳能是不确定的，所以在传热工质中加了一个常规燃料辅助锅炉，以备应急之用。

槽式太阳能热发电的缺点是：（1）虽然这种线性聚焦系统的集光效率由于单轴跟踪有所提高，但很难实现双轴跟踪，致使余弦效应对光的损失每年平均达到30%。

（2）槽式太阳能热发电系统结构庞大，在我国多风、高风沙区域难以立足。

（3）由于线型吸热器的表面全部裸露在受光空间中无法进行绝热处理，尽管设计真空层以减少对流带来的损失，但是其辐射损失仍然随温度的升高而增加。

槽式太阳能热发电技术集热系统结构（一）集热管集热管是槽式太阳能热发电集热系统的一个关键部件，能够将反射镜聚集的太阳直接辐射能转换成热能，温度可达400℃。

目前使用的集热管内层为不锈钢管，外层为玻璃管加两端的金属波纹管。

内管涂覆有选择性吸收涂层，以实现聚集太阳直接辐射的吸收率最大且红外波再辐射最小。

两端的玻璃一金属封接与金属波纹管实现密封连接，提供高温保护，密封内部空间保持真空。

减少气体的对流与传导热损，又加上应用选择性吸收涂层-使真。

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第 29 卷 12 期第 2019 年 12 月半导体学报J O U RN AL O F S EM I CON D U C TO RSVol. 29 . 12 No Dec. ,2019徐永锋1 李 1 , 2 , 王六玲1 明何建华1 张兴华1 王云峰1 明1 项( 1 云南师范大学物理与电子信息学院 , 昆明 650092) ( 2 云南师范大学太阳能研究所 , 昆明 650092)1 引言3 国家高技术研究发展计划 ( 批准号 : 2019 AA 05 Z410) , 国家基础研究发展规划计划前期研究专项 ( 批准号 : 2019 CB 216405 ) , 云南省自然科学基金重点资助项目 ( 批准号 : 2019 C0016 Z , 2019 E0031 M) 及教育部出国留学回国人员基金资助项目通信作者 . Email :l mdocyn @p ublic . km . yn . cn 2019206214 收到 , 2019207215 定稿Ζ 2019 中国电子学会目前 , 开发利用太阳能已成为世界各国可持续发展的主要战略决策 , 但是 , 太阳能量的分散性却成为利用太阳能的主要障碍[ 1 ] . 采用聚光方法 , 几倍乃至几百倍地提高太阳能辐射功率密度 , 以提高单位面积太阳电池的输出功率 , 降低光伏发电成本 , 具有较好的应用前景[ 2 ] . 国际上 , 20 世纪 70 年代末至 80 年代初 , 美国 M I T 的 He n di re 及美国 B r ow n 大学的 R ussell 教授最先涉及光伏与光热的研究 [ 3 , 4 ] ; 1995 年挪威学者对 PV / [ 5 ,6 ] T 系统进行了实验研究 ; 而希腊学者于 2019 年对 [ 7 ,8 ] PV / T 系统进行了实验研究 , 较为详细地报道了用水或用空气作为太阳电池板冷却工质时 , 系统的供电与供热特性 ; 澳大利亚国立大学可再生能源研究中心采用 80 个槽式抛物面跟踪太阳反射镜系统 , 聚 22 倍光作用于太阳电池板 , 此时电池的效率达到 22 %以上 , 在同等功率输出条件下 , 采用槽式抛物面聚光太阳能光伏发电的成本仅为非聚光平板太阳能光伏发电成本的 60 % , 该大学在 2019 年对槽式聚光系统在热电联供方面做了较系统的研究[ 9 ] . 目前国内只是对单片常规电池进行实验和模拟计算研究 , 并没有相关的实验研究 . 因此本文基于槽式聚光太阳能系统 , 汇集高密度太阳能对单晶硅电池阵列 , 多晶硅电池阵列 , 空间太阳电池阵列 , 砷化镓电池阵列进行实验研究 , 根据太阳电池阵列的特性曲线分析电池性能 , 找出影响电池阵列输出特性的因素 , 并分析了不同光照情况下的 I2V 曲线 .摘要 : 基于槽式聚光太阳能系统分别对单晶硅电池阵列 , 多晶硅电池阵列 , 空间太阳电池阵列和砷化镓电池阵列进行测试实验 . 结果表明 , 聚光后 , 前 3 种电池阵列的I2V 曲线都趋于直线 , 输出功率急剧减少 , 系统效率下降较快 . 而砷化镓电池阵列有较好的 I2V 曲线 , 其效率由聚光前的 231 66 %增加到 261 50 % , 理论聚光比为 161 92 时 , 输出功率放大 111 2 倍 , 聚光光伏系统中可采用砷化镓电池阵列以提高效率 . 砷化镓电池阵列 P m , F 和η的温度系数分别为 - 01 12 W/ K , 01 10 %/ K 和 F - 01 21 %/ K , 为避免温度的影响须采用强制冷却方式保证电池效率 , 同时对外供热 . 研究表明 , 10 片单晶硅电池串联阵列最佳工作时的理论聚光比为 41 23 ; 16 片空间太阳电池串联阵列最佳工作时的理论聚光比为 81 46 . 研究工作对提高槽式聚光系统效率和大规模利用聚光光伏发电提供了依据 . 关键词 : 聚光太阳能系统 ; 输出功率 ; 填充因子 ; 温度系数 EEACC : 8230 G ; 8250 ; 8420 中图分类号 : TN 304 文献标识码 : A 文章编号 : 025324177 ( 2019) 1222421206槽式聚光太阳能系统太阳电池阵列 32 实验e negy syste m为保证电池效率及防止电池温度过高 , 采用冷却方法 , 控制冷却流体的流速来调节电池的温度 , 同时得到热能 . 研究工作对槽式聚光太阳能系统进一步优化提供依据 .槽式聚光太阳能系统集热装置如图 1 所示 , 采用结构简单 , 跟踪方便 , 应用最广泛的槽式抛物面反射聚光器 , 集热器内腔体为纯铝型材 , 内腔体与外腔体之间用保温层隔开 , 太阳电池由导热绝缘胶贴在集热器下表面 . 太阳光由镜面反射汇集在电池上 , 成倍增加单位面积电池的输出功率 , 通过背面圆形管道中的水强制冷却电池温度 , 热水流出导管后被存储起来对外供热 . 在聚光条件下 , 太阳电池阵列输出电功率 , 同时得到热能 , 系统可实现热电联供 .图1 槽式聚光太阳能系统集热装置图Fig. 1 Diagra m of collect or of t he t r ough conce nt rati ng s ola r2422表1 聚光前后不同波长光子转化的电流半导体学报表3 聚光前后不同种类电池阵列的参数第 29 卷Ta ble 1 Cur re nt t ra nslate d by p hot ons of diff ere nt wavele ngt hs 波长/ n m488 514 . 5 632 . 8 904 . 0 1064 . 0Table 3 Parameters of different cell arrays电池的参数FF/ %普通光强下光子转化的电流/μA14 57 50 35 27 19936聚光光强下光子转化的电流/μA141 577 511 360 280 204722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单晶硅电多晶硅电池阵列池阵列59. 22 25. 60 7. 5 1 . 77 3 . 8988 9 . 1793 0 . 88255 0 . 99201 40. 90 33. 98 7 . 66 1 . 12 6 . 5031 9 . 5152 0 . 96305 0 . 98671空间太阳电池阵列75. 34 36. 28 13 . 28 6 . 67 8 . 8265 44 . 3166 0 . 41942 0 . 43184砷化镓电池阵列78. 52 73. 74 23 . 66 26 . 50 1 . 3631 15 . 264 0 . 06667 0 . 08597η% /Pm / W总值3 结果与分析3. 1 聚光光强的测定Rs / Ω槽式抛物反射面由背面镀铝的玻璃热弯而成 , 实际采光面积为 1440 m m ×1450 m m , 理论聚光比为 161 92 倍 . 镜子厚度引起的光折射会导致部分光线偏离焦线 , 再加上热弯工艺的误差 , 会引起聚焦比的变化 , 因此对实际聚光光强的测量显得十分必要 . 本文采用激光功率计来测量光强 , 其光子接受器能接受 5 种不同波长的光子( 4881 0 , 5141 5 , 6321 8 , 9041 0 , 10641 0 n m ) 并将其转化成电流 . 让两个光子接受器同时分别在普通光强下和在槽式聚光系统的聚焦线上照射 , 测得的数据如表 1 所示 . 由上表数据 , 用 L a ge r re 插值法 , 对由 400 ～ 1100 n m 波长的光子产生的相应电流数进行拟合 , 并对拟合曲线进行积分 , 得出总电流数 . 两种条件下的总电流数相比 , 得聚光后的平均光强为 101 269 .3. 2 聚光前后太阳电池阵列的主要参数表2 电池阵列的规格多晶硅电池阵列117 × 75 10对电池扩散层和基体载流子浓度的影响所引起的 , 可以用有效电阻 R es 来表示 . 电池负载实际工作状态下的串联电阻可以用明暗特性曲线比较法 , 二次光照法等来测定 . T1 表示高光强下电池的工作温度 , T2 表示暗特性曲线法测得的电池温度 . V oc1 是电池在 x 个太阳下的开路电压 , V o 是正向特性曲线的开路电压 . 在 x 个太阳下 , 晶硅电池的串联电阻 Rs 可用有效串联电阻 R es 代替 , 由公式 ( 2) 和 ( 3) 求得[ 11 ] : V o - V oc1 Δ V oc ( 2) R es = Δ V ocI scx d V oc = ( T1 - T2 ) dT I scx ( 3)空间太阳电池是硅基电池中的一种 , 聚光后其串联电阻的计算方法和常规晶硅电池的计算方法一样 . 砷化镓电池的串联电阻可由公式 ( 4) 求得 [ 12 ] :Rs = V o1 - V oc I sc ( 4)所采用电池阵列的规格如表 2 所示 . 太阳电池阵列的参数在聚光前后是不同的 , 根据测量的 I sc , oc 和 I2V 曲线来确定电池聚光 V 前后的Rs , F 和η非聚光情况下晶体硅太阳电 F . 池串联内阻的数值可以从一条定温的 I2V 曲线中获得 [ 10 ] : mΦ - I 2 V2 - V1 AkT 1 ( 1) Rs = × ln mΦ - I 1 q I2 - I1 I2 - I1 其中 R s 为电池的串联内阻 ; A 为二极管理想因子 ; k 为玻尔兹曼常数 ; T 为电池工作温度 ; q 为电子电荷常数 ; m 为光电转化系数 ;Φ为光照强度 ; I1 , 1 为工作点 V 1 的电流和电压 ; I2 , 2 为工作点 2 的电流和电压 . 聚V 光情况下 ,用一般计算方法获得的电池串联电阻 , 总是比聚光电池实际工作状态下的数值大 . 这是由于高光强Table 2 Standard of cell arrays空间太阳电池阵列71 × 62 16V o1 是暗场下电池正向电流的大小与光照下电池的短路电流 I sc 相等时的正向电压 . 电池的填充因子和效率可由公式 ( 5) 和 ( 6) 求得 : FF = Pm V oc I sc η = Pm A t Pin ( 5) ( 6)单晶硅电池阵列103 × 5 51. 10砷化镓电池阵列40 × 30 5面积/ mm2 片数连接方式串联串联串联串联其中 F F 为太阳电池的填充因子 ;η为电池效率 ; Pm 为电池的最大输出功率 ; A t 为包含栅线图形面积在内的太阳电池面积 ; Pin 为单位面积入射光面积 . V oc 和 I sc 分别为太阳电池的开路电压和短路电流 . 据上述公式计算得到的数据如表 3 所示 . 由表 3 可知 , 聚光后所有电池阵列的 FF 都变小 , Pm 和 R s 都增加 . 因为聚光后 , 太阳能量密度增加 , 电池中的光生载流子变多 , 电池的短路电流变大 , 同时引起电池温度升高 , R s 增加 , 当 R s 增加 , 电池的 FF 降低 . 聚光后 ,前 3 种晶硅电池阵列的 FF 和η下降较多 , FF 分别下降了 331 62 % ,61 92 %和 391 06 % ;η分别下降了 51 73 % ,61 54 %和 61 61 % ; 在理论聚光比为 161 92 时 ,最大功率分别放大了 21 35 ,11 46 和 51 02 倍 . 砷化镓电池阵列的 FF 由 781 52 % 下降到 731 74 % , 下降了 41 78 % ,叠层砷化镓电池的极限效率可以达到 40 %左右[ 13 ] ,本系统采用砷化镓电池阵列聚光后效率增加了 21 84 % ,最大输出功率放大了 111 2 倍 . 由表 3 可得 , 在第 12 期徐永锋等 : 槽式聚光太阳能系统太阳电池阵列2423同种聚光条件下 , 晶硅电池阵列的 R s 越大 , 其输出功率会越小 ,并且η会越低 .3. 3 不同光强下各种太阳电池阵列的 I2V 曲线I = I L - I 0 {exp [图3 聚光光强下不同种类电池阵列的 I2V 曲线2 是各种太阳电池在普通光强下的 I2V 曲线对图比图 . 在不聚光情况下 , 砷化镓电池阵列的 I2V 曲线最好 ,多晶硅电池阵列的 I2V 曲线最差 . 该种多晶硅太阳电池阵列的串联内阻大 , 在普通光强下其 I2V 曲线都接近直线 ,输出性能不高 , 若用在聚光太阳能系统中会影响系统的效率 . 对于太阳电池 , 自身的 I2V 曲线越接近矩形 ,则其 FF 和η会越高 . 因此 FF 和η的高低顺序依次是砷化镓电池阵列 , 空间太阳电池阵列 , 单晶硅电池阵列 , 多晶硅电池阵列 ,与表 2 计算值顺序相符 . 图3 为聚光后各种太阳电池阵列的 I2V 曲线对比图 . 由图可知 ,晶硅电池阵列的 I2V 曲线都接近直线 , 而砷化镓电池阵列的 I2V 曲线图形与聚光前比变化不大 ,仍接近矩形. 太阳电池阵列的 I2V 特性公式为 :V + I Rs q ( V + I Rs ) ] - 1 } nA KT Rsh ( 7)Fig. 3 I2V curve of different cell arrays in concent rating irradi2 anceFig. 2 I2V curve of different cell arrays in co mmon irradiance 图2 普通光强下不同种类电池阵列的 I2V 曲线( 7) 式可得电池阵列的输出功率公式为 : 由Pm =IL - I nA KTI ( 8) + 1 - I 2 Rs ln I0 q 其中 IL 为光生电流 ; I0 为反向饱和电流 ; I 为负载电流 ; R s 为电池的并联电阻 ; n 为太阳电池串联的片数 . 由( 8) 式可知当有大电流通过时 , 如果电池的串联内阻大 ,内阻上损失的功率多 , 则输出功率相应较小 . 晶硅电池阵列串联内阻大 ,聚光后其 Pm 上不去 , FF 和η也急剧下降 . 另外由于抛物镜面的制造工艺精度和镜面厚度引起光强的不均匀性 , 对电池阵列的输出特性也有严重影响 ,为减小光强不均匀性的影响 , 尽量用自身内阻小和单片面积小的太阳电池 . 砷化镓电池阵列串联内阻小 ,其 Pm , 和η品质较高 . FF 由图 2 和 3 可知砷化镓电池阵列在聚光前后都保持好的 I2V 特性曲线 , I sc 由 01 15A 放大到 11 80A , V oc 由 121 59V 变为 111 50V ,略有下降 . 因为砷化镓材料具有带宽 ( Eg = 11 43eV ) 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 [ 14 ] . 砷化镓电池在阳光的激发下 ,其光生载流子属直接跃迁型 , 相应的吸收系数很大 ,砷化镓电池阵列的 I sc 会增大 . 聚光后太阳电池温度升高 , 而电池的 V oc 随温度的升高而降低 , 砷化镓电池阵列的 V oc 在聚光后会有所下降 . 为较好地开发利用聚光光伏发电系统 , 需找出聚光后晶硅电池阵列光伏发电系统最佳聚光比 , 因此 , 采用遮光方法进行实验研究 . 由图 4 可知 , 随着光强的增加 ,砷化镓电池阵列的 I2V 特性曲线图形始终保持不变 , I sc 随着光强的增加逐渐增加 , 最大功率点逐步升高. 单片晶硅电池可以工作在 10 ～20 倍太阳下 , 但聚光光伏发电系统中电池阵列由许多单片电池组成 , 阵列的整体内阻比单片电池的内阻要大 , 因此研究电池阵列的最佳聚光比具有较高的实用价值 . 从图 5 和 8 可以看出 ,在 01 25 倍聚光光强 ( 理论聚光比为 41 23 ) 下 , 该种单晶硅电池阵列有较好的 I2V 曲线 , 且在此聚光倍数下 ,其效率最高 ,为 51 67 %. 由图6 可知 , 在 01 5 倍聚光光强 ( 理论聚光比为 81 46 ) 下 , 该种空间太阳电池阵列有较好的输出特性 , 由图 8 可知空间太阳电池阵列的效率随着光强的增加先增加然后减小 , 在 01 5 倍聚光光强时达到最大值为 81 66 %.Fig. 4 I2V curve of GaAs cell array in different irradiance图4 不同聚光光强下砷化镓电池阵列的 I2V 曲线2424半导体学报第 29 卷图9 空间太阳电池阵列的 Pm , FF 和η随温度的变化Fig. 9 Cha nge of P m , F F a nd η of sup e r cell a r ray at diff ere nt te mp e rat ures在该聚光太阳能系统中 ,10 片单晶硅电池串联阵列最佳工作时的理论聚光比为 41 23 ;16 片空间太阳电池串联阵列最佳工作时的理论聚光比为 81 46. 由图 7 和图 8 可知 , 砷化镓电池阵列的 FF 随光强的变化不大 ,且其效率随光强的增加而增加 , 因此综合性能较好的砷化镓电池阵列是聚光光伏系统最优的选择 . 聚光后温度对电池的负面影响很大 , V oc , FF 和η均有负的温度系数 . 文献 [ 2 ,15 ,16 ] 已对常规晶硅电池在聚光条件下温度的影响作了研究 , 本文只对空间太阳电池阵列和砷化镓电池阵列进行温度实验 . 实验结果如图 9 和 10 所示 , 聚光后 , 这两种电池的 Pm , 和 FF η都随着温度升高而减少 , 空间太阳电池阵列 Pm , FF 和η的温度系数分别为 - 01 07W/ K , - 01 007 %/ K 和- 01 01 %/ K ; 砷化镓电池阵列 Pm , 和η的温度系数 FF 分别为 - 01 12W/ K , - 01 10 %/ K 和 - 01 21 %/ K. 空间太阳电池用作空间卫星电源系统 , 其抗高温能力强 , 输出性能受温度影响小 ; 砷化镓电池阵列的输出性能受温度的影响也不是很大 , 考虑其有较高效率 , 在聚光太阳能系统中 ,砷化镓电池阵列是较好的选择 . 为了高效率利用太阳能 , 必须采用换热系数高的工质对太阳电池阵列进行强制对流以提高电效率 , 并根据工质带来热量的品质进行热能的梯级利用. 实验测试表明 ,采用空间太阳电池阵列后 ,系统的热效率为 421 03 % ,由于砷化镓电池阵列是由 5 片串联 , 并未覆盖整个腔体 , 只能测得图 10 砷化镓电池阵列的 Pm , FF 和η随温度的变化e nt te mp erat uresFig. 10 Cha nge of Pm , F F a nd ηof GaAs cell a r ray at diff e r2 第 12 期徐永锋等 : 槽式聚光太阳能系统太阳电池阵列2425电效率为261 50 % ,但是其内腔体和太空电池阵列的内腔体一样 ,测试条件也相同 , 若忽略两种电池导热系数的差别 ,则采用砷化镓电池阵列的太阳能聚光系统的太阳能利用效率可达到 681 53 %左右 .. Actas Energy Solaris Sinica ,2019 ,27 (1) :19 (in Chinese) [ 黄国 tor 华 ,施玉川 ,杨宏 , 等 . 常规太阳电池聚光特性实验 . 太阳能学报 ,2019 ,27 (1) :19 ] [ 3 ] Hendrie S D. Photovoltaic/ t hermal collecto r develop ment p ro2 gram : Final Repo rt M I T. New York : Lincoln Labo rato ry , 1 9 8 2 [ 4 ] Russell T , Beall J , Loferski J J , et al. Co mbined p hotovoltaic/ t hermal collecto r panels of imp roved design. Proceedings of IEEE Photovoltaic Specialist Conference , 1 9 8 1 [ 5 ] Zo ndag H A , Devries D W , van Helden W G J . The yield of dif 2 ferent co mbined PV2t hermal collecto r designs. Solar Energy , 2019 ,74 : 253 [ 6 ] Sandnes B , Pekstad J . A p hotovoltaic/ t hermal ( PV/ T) collector wit h polymer abso rber plate , experimental and analytical model . Solar Energy , 2 0 0 2 , 7 2 : 6 3 [ 7 ] Bengene T ,Lovvik O . Model calculatio n on a flat2plate solar heat collector wit h integrated solar cells. Solar Energy , 1 9 9 5 , 5 5 : 4 5 3 [ 8 ] Tripanagno stopoulous Y , Nousis T , Soulist s M . 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The performance of conventional crystalline silicon solar cells wit h low concent ra22426半导体学报第 29 卷3 Pr oject sup p orte d by t he N ational High Tec h nology R esea rc h a nd D evelop m e nt Pr ogra m of China ( N o. 2 0 0 6 A A 0 5 Z4 1 0 ) , t he Ea rlie r Sp ecial R e2 sea rc h Pr ogra m of t he St ate Key D evelop m e nt Pr ogra m f or B asic R esea rc h of C hina ( N o . 2 0 0 7 CB 2 1 6 4 05 ) , t he Key Pr ogra m of t he N at u2ral Scie nce Foundation of Yun na n Pr ovince ( N os . 2 0 0 7 C 0 0 1 6 Z , 20 0 5 E0 0 3 1 M ) , a nd t he Foundation of t he C hi nese Minist ry of Educationf or R et ur ned Sc h ola rs Cor resp onding a uth or . Em ail : l m docyn @p ublic . k m . yn . c nR eceive d 1 4 J une 2 0 0 8 , revised m a nusc rip t received 1 5 J uly 2 0 0 8Abstract : A se ries exp e ri m e nt w o r ks h ave bee n d o ne w it h si ngle c r yst alli ne silic o n s ola r cell a r ray , p olysilico n sola r cell a r ra y , su2 p e r cell a r ra y a n d GaAs cell a r ray t h r ough t he t r oug h co nce nt rati ng sola r syst e m . The exp e ri m e nt al results s h ow t h at t he I2V cur ve of t he cr yst alli ne silic o n , p olysilic o n a n d sup e r cell a r rays a re beeli ne i n t he c o nce nt rati ng s ola r ir ra dia nce , w hic h re duce t he ef f i2 cie ncy a n d dec rease t he outp ut p ow e r . H ow eve r t he I2V cur ve of GaAs cell a r ra y is ve r y goo d i n t he c o nce nt rati ng s ola r ir ra di2a nce , t he ef f icie ncy of GaAs cell a r ray i ncreases f r o m 231 66 % t o 2 61 50 % , a n d t he outp ut of GaAs m agnif ies 12 ti m es . So it is c o nside ra ble t o i mp r ove t he ef f icie ncy if t he GaAs cell h as bee n a dop t e d i n t he c o nce nt rati ng PV syste m . The te mp e rat ure c oef f i2 cie nts of P m , F F a n d η of GaAs cell a r ray a re - 01 12 W / K , - 01 1 0 %/ K , a n d - 01 21 %/ K. I n o r de r t o keep bet te r ef f icie ncy , t he f orce d c ooli ng m ust be ap p lie d . A t t he sa m e ti m e , t he qua ntit y of heat ca n bee n recove re d f o r usi ng . A ll t h ose w o r k a re be nef its t o f urt he r st udy i n i mp r ovi ng t he ef f icie ncy of t r oug h c o nce nt rati ng s ola r syste m a n d cos mically m a ki ng use of co nce nt rati ng PV sys2 te m .Key words : co nce nt rati ng sola r syst e m ; outp ut p ow e r ; f ill f actor ; te mp e rat ure coef f icie nt EEACC : 82 30 G ; 8 25 0 ; 8 42 0 Article ID : 0 25 3241 77 ( 2 008 ) 1 222 42 120 6Experimental Study on Solar Cell Arrays of Trough Concentrating Solar System 3 Xu Yo ngfeng , Li Ming , Wang Liuling , He J ianhua , Zhang Xinghua , 1 1 Wang Yunfeng , and Xiang Ming1 1 ,2 , 1 1 1( 1 S chool of P hysics an d Elect ronic I n f orm ation , Y unnan N orm al U ni versit y , K unm i n g 6 5 0 0 9 2 , Chi na) ( 2 S ol ar Ener g y Research I nstit ute , Y unnan N orm al U ni versit y , K unm i n g 6 5 0 0 9 2 , Chi na) Ζ 2 0 0 8 C hi nese I nstit ute of Elect r onics1。

在全球能源转型的大潮中，可再生能源备受关注。

其中，太阳能作为一种清洁、可持续的能源，蕴藏着巨大的潜力。

而48V太阳能槽式聚光储能发电技术，则是太阳能领域的一项突破性创新。

槽式聚光系统的原理槽式聚光系统是一种利用抛物面反射镜将太阳光聚焦到接收管上的太阳能技术。

抛物面反射镜的形状设计能够将平行入射的太阳光聚焦到一条直线上，从而提高太阳能的利用率。

接收管通常采用黑体表面，能够有效吸收聚焦后的太阳光并将其转化为热能。

48V系统优势传统的太阳能光伏系统工作电压一般为24V或36V，而48V太阳能槽式聚光系统则采用了更高的直流电压。

高电压系统具有以下优势：•降低传输损耗：通过提高电压，可以降低线路中的电流，从而减少传输损耗。

•提高功率密度：更高的电压可以使相同功率的系统采用更小的线缆和开关器件，提升功率密度。

•降低系统成本：高电压系统可以节省线缆和开关器件的成本，从而降低整体系统成本。

储能发电的意义储能是太阳能发电系统的关键环节。

通过将白天多余的太阳能存储起来，可以在夜间或阴雨天气持续供电，确保能源的稳定供应。

48V太阳能槽式聚光储能发电系统采用高电压电池组，具有以下特点：•大容量存储：高电压电池组可以存储更多的电能，满足长时段的供电需求。

•高充放电效率：高电压电池组的充放电效率更高，减少了能量损失。

•长循环寿命：高电压电池组的循环寿命更长，降低了维护成本。

系统应用48V太阳能槽式聚光储能发电系统具有广泛的应用前景，包括：•离网供电：为偏远地区、岛屿等缺乏电网覆盖的地区提供稳定可靠的电力供应。

•备用电源：为医院、数据中心等重要设施提供备用电源，保障关键用电需求。

•微电网系统：与其他可再生能源和储能技术相结合，构建分布式、低碳的微电网系统。

技术展望48V太阳能槽式聚光储能发电技术仍在不断发展和优化。

未来，该技术有望取得进一步突破，包括：•更高效的聚光系统：通过优化反射镜形状和材料，提高太阳光的聚焦效率。

•更稳定的接收管：研发耐高温、耐腐蚀的接收管材料，延长系统寿命和提高发电效率。

槽式光热发电电站总体技术方案1 聚光系统1.1 聚光吸热系统的分层结构由28个反射镜面(RP)和3个吸热管(HCE)组成太阳能集收元件(SCE)，由12个SCE连接构成太阳能集收组合(SCA)，4个SCA组成一个回路(LOOP)，156个回路的集合构成太阳集热场区(SOF)。

1.2 聚光系统聚光系统是本工程的核心系统，由槽式抛物面反光镜跟踪装置构成。

跟踪方式通常采用一维跟踪，有南北、东西布置方式。

根据太阳能热发电站年上网电量应不低于1.2亿kW.h，太阳能转换为电能的平均效率不低于11%的要求，计算后的年平均效率，计算后需要50余万平米的反光镜集热面积。

即需要624个集热器，156个回路数。

(根据η总=年上网发电量/ 年直射辐射总量×反光镜总采光面积，集热场主要系统图见下图)。

1.3 设备的选型太阳能集热器组合(SCA)包括：镜面、背架、集热管(吸热系统章节进行详细阐述)、跟踪系统(包括：驱动、控制和传感器)。

(1) 反射镜面玻璃镜面的技术要求：4-5mm厚度，反射率93%，强度、刚性和耐老化符合25年使用要求，重量约11 kg/m²。

经过对国内镜面厂家的调研情况来看，目前各大镜面厂家都掌握镜面镀膜的生产技术，都在建设厂房，引进国外生产线，预计明年可实现量产。

以51.75万平方米的太阳能集热面积计算，玻璃镜面：559593m²。

各参数数据见下表：槽式抛物面聚光反射镜性能参数表(2) 聚光器槽式抛物面聚光器由钢结构支架及旋转动力源，聚光器跟踪控制和吸热管金属管活动接头组成。

聚光器跟踪控制采用DCS控制，下表为其具体性能参数。

槽式抛物面聚光器性能参数表(3) 集热管本项目，真空管技术参数见下表。

直通式真空吸热管性能参数表一般采用集热器(SCA)轴线南北线水平布置，由东向西跟踪太阳。

也有的集热器(SCA)轴线南北线以一定倾角(小于8°倾角)放置，由东向西跟踪太阳，未得到实际应用，仅处在概念设计或试验研究阶段；槽式集热器也有采用双轴跟踪的，但这种跟踪方式从经济角度考虑是不可行的。

太阳能热发电种类错误!未找到引用源。

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幻灯片3碟式太阳能热发电系统碟式太阳能热发电系统是利用旋转抛物面的碟式反射镜将太阳聚焦到一个焦点。

碟式系统的太阳能接收器也不固定，随着碟形反射镜跟踪太阳的运动而运动，克服了塔式系统较大余弦效应的损失问题，光热转换效率大大提高碟式接收器将太阳聚焦于旋转抛物面的焦点上，而槽式接收器则将太阳聚焦于圆柱抛物面的焦线上，因此碟式接收器可以产生高温。

幻灯片4幻灯片5幻灯片6系统特性高聚光比：500-2000聚光表面温度：1000-1300℃效率高：28-30%面积不可能太大，因此功率1~50kW。

太阳能利用效率高：国外文献报道：该系统可将的辐射能转化成的电能，最高效率%发电规模灵活，安装简便，不需用水沙漠等缺水区域可用。

幻灯片7系统组成碟式抛物面太阳能聚光器碟式太阳能集热器斯特林发动机发动机及电输出系统幻灯片8碟式抛物面太阳能聚光器小聚光镜组合式结构简单，造价低间隙，面积利用率低镜面张膜式结构简单，造价低聚光镜拼接式面积利用率高，精度高幻灯片9碟式太阳能集热器间接式集热器相变换热，碱金属（钠、钾，钠钾合金等）热量传递快、容量大，温度恒定相变式、热管式、混合式直接式集热器温度分布极不均匀发电不稳定，不均匀幻灯片10斯特林发动机（引擎）Stirling Engine苏格兰牧师、物理学家、热力学家——Robert Stirling1816年，申请专利。

热机、外燃机理论效率——最大效率，卡诺循环效率幻灯片11幻灯片12幻灯片13斯特林机α- 型斯特林机：两个独立动力活塞，热活塞密封，精密加工β- 型斯特林机：隔离活塞，直线型气缸，斯特林申请专利机型，工艺易实现，最适用机型γ- 型斯特林机：与β类似，但动力活塞和隔离块分开，也是最适用机型幻灯片14幻灯片15幻灯片16幻灯片17碟式热发电系统的优点光热转换效率高达85%左右，在三类系统中位居首位；使用灵活，既可以作分布式系统单独供电，也可以并网发电。

专利名称：一种新型槽式分段聚光太阳能光伏光热一体化组件专利类型：发明专利
发明人：陈海平,张衡,韩雨辰
申请号：CN201610031877.6
申请日：20160119
公开号：CN106982028A
公开日：
20170725
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种槽式分段聚光太阳能光伏光热一体化组件，包括两段槽式抛物面聚光器1和2。

聚光器采用低倍线聚光方式，上方布有三块平板型晶硅太阳能电池板3、4和5，电池板3与4间用绝热材料6紧密连接，并与电池板5构成一定面积的封闭空间。

其内部填充导热材料7，导热材料中央布置有双流道8，流道中以水或乙二醇等为工质。

当太阳光垂直入射时，光线经槽式聚光器反射至两侧的电池板3和4上并产生电流，三块电池板所产生的热量被流动的工质带走。

其中一个流道为入口流道，工质由该流道流入，另一个流道为出口流道。

工质带走的热量可以生产出低温热水以供使用。

申请人：华北电力大学
地址：102206 北京市昌平区回龙观北农路2号
国籍：CN
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