光电热电复合型太阳能电池性能分析

成果简介

　　技术简介：
　　本专利所设计的光电热电复合型太阳能电池与传统光伏电池有机有两个突出优点。一是由于采用了聚光手段使常规单晶硅电池单位面积光电输出功率提高倍以上，二是用温差热电模块将阳光聚后的热能至少8%以上的转换成了电能。由此该太阳能电池单位输出功率的成本将降低很多。

　　技术的应用领域前景分析：
　　一、单晶硅太阳能电池的聚光效应
　　实验证明单晶硅太阳能电池的输出峰值功率与光强的关系，太阳能电池输出峰值功率在光强Pm(wm-2)较小时，大致成正比增加，当光强达到一定程度时输出功率增加的很缓慢。实验表明常规太阳能电池在低倍聚光（几倍到二十位之间）照射下，均能得到很好效果。在常温无冷却条件下，常规太阳能电池可取额定光强的5-6倍为最佳照射光强。在有冷却条件可取10-20倍聚光为最佳照射光强。
　　二、光电热电联合产电原理
　　图2所示为光电热电复合型太阳能电池工作原理图，可以看到，光电池层1中包括了密闭的真空环境。聚焦过的太阳光照射在阴极上，阴极射出电子，流向阳极，通过负载电路连接阴极和阳极，形成电流。半导体温差电池层2的上部，紧贴光电池层1的阳极，利用阳极排出的余热；半导体温差电池层的下部侧处于环境温度中，利用半导体温差电池层上下表面的温差用负载电路连接两面个节点，形成电流。
　　三、半导体温差发电模块
　　根据一维平板热传导方程，忽略辐射散热可计算出光电层与热电层温差。计算中光电层和热电层均取4mm厚，节点200个，采用平方平均的方法计算式子点误差，选代截止误差取0.0001。相关的物理参数取：导热系数K1=K2=2W/(m.k),表面传热系数h1和h2，取值在5～50w/（m2.k）之间一般取20W/（m2.k），太阳吸收衰减系统数η=1×104m-1。设西北地区环境温度10℃即283k情况下，在20倍聚焦日照下，在距光电（日照物体表面温度较环境温度高10k~20k）池表面0.19mm处可达到最大温度435k，表面温度 393k，取0.19mm厚度的平均温度为（453+393）/2=378k。4mm即光电层下表面温度为343k，热电层部分的温差为343-283=60k，在寒冷冬季温差电池的发电效率会提高，最高可达8.3%
　　四、太阳跟踪系统
　　光电热电复合型太阳能电池需要安装在具有太阳跟踪功能的支架上，我们设计的太阳跟踪系统如下：
　　太阳能聚光单元由多个太阳能聚光器陈列组成 。每个太阳能聚光器由9个菲涅耳聚光镜及铝合金固定架构成。如图3所示，在每个聚光镜后面聚光光斑处安装光电热电复合型太阳能电池块。聚光镜固定架安装在一个可进行自动跟踪的U型支架上，U型支架的一支臂上有减速电机，减速电机的输出轴与聚光固定架侧面连接，另一支臂的对应处有一个转轴，转轴的端头与聚光固定架侧面连接，U型支架的下端固定在一个纵向减速电机的输出轴上，纵向减速电机固定在一个基座上，横向和纵向减速电机与一个PLC芯片连接。安装在聚光镜固定架上方的太阳能电池板与PLC芯片连接，根据当地的经纬度，把一年内白天各时刻聚光镜正对阳光的仰角数据储存到PLC芯片内，由PLC发出信号控制电机的
　　转动，使聚光镜系统绕横轴在45o角内、绕纵轴在180o内转动，保证日光基本垂直照在聚光镜上，太阳能电池板和蓄电池构成电机供电系统。
　　五、专利改进（增加水冷装置）
　　光电热电复合型太阳能电池除了自然风冷设计外，考虑炎热夏季温差电池低温面散热，可在电池支架中设计雨水收集和水冷却装置。这样既能使光伏电池降温保证光电转换效率，又可使温差电池温差增大热电转换效率提高。

技术创新点

技术指标或产品性能

应用领域及市场前景分析

产业化效益与风险预测

产业化条件要求

备注