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砷化镓薄膜电池聚光技术

  市场上的聚光光伏电池系统组件大部分仍采用单晶硅太阳能电池,基于砷化镓基多结太阳能电池的产品在国际市场上刚刚崭露头角,尚未进入国内市场。高效太阳能电池是聚光光伏、光热综合利用系统的核心部件。在500-1000倍的高倍聚光条件下,其芯片和模组制作工艺都与低倍聚光下不同,需要重新设计工艺条件。在适合高倍聚光的光伏电池工艺中应充分借鉴激光器、发光二极管等器件的先进设计方法。采用低成本、高热稳定性的不含金的合金作为III-V聚光光伏电池顶部网格电极材料,通过优化电极结构和制作工艺,在不改变电池外延结构的条件下,开发出500至1000倍聚光下高效多结光伏电池低成本产业化生产工艺,使光电转换效率达到30%,并获得较高的工作稳定性。

  (二)聚光器

  由于高效砷化镓光伏电池的生产成本较高,因此提高聚光器的聚光倍数、聚光效率和均匀性成为充分发挥砷化镓光伏电池效率优势、降低聚光光伏、光热综合利用系统成本的关键之一。光伏聚光器是利用透镜或反射镜将太阳光聚焦到光伏电池上。按光学类型划分,常用的聚光系统通常分为折射聚光系统和反射聚光系统。对于实际应用来说,菲涅尔透镜成为理想之选。它的聚焦方式可以是点聚焦,也可以是线聚焦。点聚焦时,将太阳光聚焦在一个光伏电池片上;线聚焦时,将太阳光聚焦在光伏电池组成的线列阵上。反射式聚光系统也可以分为点聚焦结构和线聚焦结构。但是传统菲涅尔透镜存在难以实现的高接收角、聚光后光强分布不均匀和易老化变形等问题。而反射式聚光器聚光倍数较低,难以大幅度降低发电成本。

  (三)跟踪器

  对于砷化镓薄膜电池聚光跟踪发电系统来说,对日跟踪器必不可少。这主要是由于随着聚光比的提高,聚光光伏系统所接收到光线的角度范围就越小,为了更加充分地利用太阳光,聚光光伏系统必须辅以对日跟踪装置。因此,通过对聚光光伏系统跟踪信号的产生、自动控制的机理、驱动执行部分的实现以及保护应急措施的考虑,研究出跟踪精度高、运行安全可靠、抗干扰能力强、制造和运用成本低、用户操作界面友好的太阳能跟踪器,对于成功开发砷化镓薄膜电池聚光跟踪发电系统是至为重要的。目前,对日跟踪器的设计方案众多,形式不拘一格。点聚光结构的聚光器一般要求双轴跟踪,线聚光结构的聚光器仅需单轴跟踪。由于砷化镓薄膜电池聚光跟踪发电系统不得不经受安装地区恶劣的气候条件,如风、沙、冰雹、雨、雪等的侵蚀和损坏,因此,跟踪系统的可靠性仍需进一步的提高。

  (四)散热器

  温度是影响太阳能电池光电转换效率的重要因素之一。聚光太阳电池在运行过程中,未被利用的太阳辐射能除一部分被反射外,其余大部分被电池吸收转化为热能。如果这些吸收的热量不能及时排除,电池温度就会逐渐升高,发电效率降低,而且电池长期在高温下工作还会因迅速老化而缩短使用寿命。因此,为了实现对电池组件的温度控制,可采用无机超导热管技术。即以多种无机元素组合而成的传热介质,加入到管腔或夹壁腔内,经真空处理且密封后形成具有高效传热特性的元件。该元件将热量由一端向另一端快速传导的过程中,表面呈现出无热阻快速波状导热特性。它既可保证聚光光伏电池的光电转换效率,同时又能获得相当可观的光热收益,实现对太阳能的电热联用,以满足普通用户日常生活用电和热水。

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