一種基于太陽能電池并聯連接的聚光光伏模組制造技術

本實用新型專利技術屬于聚光光伏系統領域，具體涉及到一種基于太陽能電池并聯連接的聚光光伏模組。包括菲涅爾透鏡和多個三結聚光太陽能電池，多個三結聚光太陽能電池并聯連接，每個三結聚光太陽能電池均由GaInP、GaInAs和Ge三個子電池串聯而成。三結聚光太陽能電池的數目基于熱失控現象的閾值條件確定。本實用新型專利技術有效避免因熱失控現象產生的發電效率損耗，令模組發電效率最大化。

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于聚光光伏系統領域，具體涉及到一種基于太陽能電池并聯連接的聚光光伏模組。
技術介紹
近年來擁有高效率、低成本的聚光光伏技術得到廣泛應用，特別是針對分布式發電應用的場合，聚光光伏技術更是體現出無與倫比的優勢。一個聚光光伏模組中含有多個太陽能電池，對于電池間的電氣連接可以采用串聯連接和并聯連接。如果太陽能電池采用串聯連接，則無需考慮不同太陽能電池工作電壓間的差異，但是必須保證模組中各個太陽能電池輸出電流匹配，否則將增加模組功率損耗、模組發電效率降低；如果太陽能電池采用并聯連接，則無需考慮不同太陽能電池間輸出電流的差異，但必須保證模組中各個太陽能電池輸出電壓匹配，否則將增加模組功率損耗、模組發電效率降低。若聚光光伏模組內部的太陽能電池之間采用并聯連接且該模組工作于太陽能電池開路電壓附近，當電池間的輸出電壓不匹配時，輸出電壓高的太陽能電池會向輸出電壓低的太陽能電池注入電流。在實際過程中，某些太陽能電池對應的聚光單元可能被其它物體（鳥屎、樹葉等）遮擋，此時被遮擋單元對應的電池表面所受光照會減弱或完全無光照（對應聚光單元被完全遮擋時），其輸出電壓和輸出電流會明顯小于其它并聯的太陽能電池，由于所有并聯太陽能電池的工作電壓必須一致，因此來自未受遮擋太陽能電池的電流會注入到被遮擋電池中去。由于注入的電流會使得被遮擋電池的溫度升高，降低電池材料的禁帶寬度，使其與未遮擋電池之間的輸出電壓差進一步加劇，從而導致注入到被遮擋電池中的電流進一步增加。如此反復，最終可能導致被遮擋電池的溫度急劇上升，即出現太陽能電池的熱失控現象，導致電池損毀。為了防止并聯連接的太陽能電池被注入電流，一般在每條并聯支路中都串接一個二極管。但這個二極管的引入會導致額外的功率損耗，同時也會增加聚光光伏模組的成本。基于該原因，我們不考慮保護二極管的使用。
技術實現思路
本技術所要解決的技術問題就在于提供一種基于太陽能電池并聯連接的聚光光伏模組。該聚光光伏模組根據熱失控現象的產生機理及閾值條件，有效防止太陽能電池熱失控的發生，優化了模組的性能。本技術的聚光光伏模組，包括菲涅爾透鏡和多個三結聚光太陽能電池，多個三結聚光太陽能電池并聯連接，每個三結聚光太陽能電池均由GaInP、GaInAs和Ge三個子電池串聯而成。每個子電池等同于一個PN結、兩個二極管和一個等效串聯電阻組成。三結聚光太陽能電池的數目基于熱失控現象的閾值條件確定。具體地，基于熱失控的閾值條件來確定并聯連接的太陽能電池數目N，過程如下：（1）設定在A倍的聚光倍數下，聚光光伏模組由N個太陽能電池并聯連接，其中一個被遮擋電池，N-1個未受遮擋電池，設定初值N，即令N=No；（2）給每個太陽能電池配備實際模組中相同的散熱單元，并對被遮擋的電池外接一個電源。當設置不同電流值時，通過溫度傳感器得出對應溫度，擬合兩者的函數關系；（3)在某一溫度下測出子電池的外量子效率（EQE)和帶隙能量的溫度相關特性，從而擬合求出不同溫度下的各子電池的外量子效率的數據；（4）本專利中入射到聚光太陽能電池表面的數據采用AM1.5DASTMG173-03標準太陽能光譜；（5）根據聚光光伏系統的中GaInP/GaAs/Ge三結太陽能電池模型中的相關參數和（3）（4）擬合出在某溫度下聚光光伏模組和被遮擋電池的I-V特性曲線，從而可以求得模組開路電壓，令各太陽能電池的工作電壓Vj=Voc(Tj),并且利用電壓和被遮擋的電池的I-V特性曲線求出注入到被遮擋電池的電流值；（6）利用注入電流和溫度的關系算出此時的溫度Tj+1,并且比較Tj+1與Tj之間的差值。如果差值達到20K以上，說明溫度急劇上升，此時的N值是在聚光倍數為A的情況下可以并聯電池數最多的值；若溫度差值很小，則令N=N0+1，代入步驟（2）開始計算，直到溫度差值達到20K時為止；（7）根據透鏡的的焦距、直徑和聚光效率綜合考慮選擇適宜的焦徑比，其中焦距的長短決定了CPV模組的箱體厚度；而聚光倍數和光伏電池的大小共同決定透鏡的直徑，同時并聯電池數應便于模組的設計，綜合考慮上述因素從滿足閾值條件的點中選取合適的點作為模組的設計方案。根據上述方法，基于熱失控現象的閾值條件確定了聚光光伏模組能夠并聯連接的最大電池數，本技術的聚光光伏模組能夠有效避免因熱失控現象產生的發電效率損耗，令模組發電效率最大化。本技術具有下列優點和積極效果：①基于太陽能電池熱失控發生的機制原理和閾值條件構建的聚光光伏模組能夠有效的防止功率損耗；②基于并聯連接構造的聚光光伏模組投入成本低，相關技術成熟；③基于聚光光伏模組，求取避免熱失控現象發生的最大并聯電池數的建模和方法為模組的相關設計提供了理論基礎和可靠的來源；總之，本技術能夠避免熱失控現象的發生，降低損耗，同時提高聚光光伏模組發電效率，適用面廣，相關技術成熟。附圖說明圖1是本技術的結構示意圖，其中：1——聚光光伏模組，用于高效率光電轉換。2——菲涅爾透鏡，用于高倍聚光。3——三結聚光太陽能電池，用于發電。圖2所示是本技術聚光三結太陽能電池等效電路（右）及模組中各三結太陽能電池之間的并聯連接（左）。其中：1——聚光光伏模組，用于高效率光電轉換。11——三結太陽能電池，通過GaInP、GaInAs和Ge三個子電池并聯構成。111——GaInP子電池，它是由兩個二極管、PN結和一個等效串聯電阻構成。112——GaInAs子電池，它是由兩個二極管、PN結和一個等效串聯電阻構成。113——Ge子電池，它是由兩個二極管、PN結和一個等效串聯電阻構成。圖3本技術中太陽能電池的工作溫度與電池的注入電流之間關系的擬合結果。圖4聚光光伏模組以及被遮擋聚光太陽能電池的I-V特性曲線。圖5基于熱失控現象的閾值條件確定聚光光伏模組能夠并聯連接的最大電池數。圖6基于太陽能直射輻射照度與波長的關系。圖7聚光光伏模組中GaInP/GaInAs/Ge子電池在289K溫度下EQE數據。圖8聚光光伏模組中GaInP/GaInAs/Ge子電池在300K的溫度下EQE數據。具體實施方式下面在兩組不同溫度下對本技術做進一步的說明：本技術聚光光伏模組中太陽能電池的工作溫度與電池的注入電流之間關系的擬合結果如圖3所示。通過安裝溫度傳感器從而確定被遮擋太陽能電池的注入電流對于溫度的影響。聚光光伏模組以及被遮擋聚光太陽能電池的I-V特性曲線如圖4所示。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于太陽能電池并聯連接的聚光光伏模組，其特征在于，包括菲涅爾透鏡和多個三結聚光太陽能電池，多個三結聚光太陽能電池并聯連接，每個三結聚光太陽能電池均由GaInP、GaInAs和Ge三個子電池串聯而成。

【技術特征摘要】
1.一種基于太陽能電池并聯連接的聚光光伏模組，其特征在于，包括菲涅爾透鏡和多
個三結聚光太陽能電池，多個三結聚光太陽能電池并聯連接，每個三結聚光太陽能電池均
由GaInP、GaInAs和Ge三個子電池串聯而成。
2.根據...

【專利技術屬性】
技術研發人員：呂輝，彭俊，成純富，黃文娟，呂清花，汪錦芳，
申請(專利權)人：湖北工業大學，
類型：新型
國別省市：湖北;42