[发明专利]一种并联连接的聚光太阳能电池热失控控制方法

说明书

技术领域

本发明属于聚光太阳能光伏发电技术领域，尤其涉及一种并联连接的聚光太阳能电池热失控的控制方法。

背景技术

聚光太阳能光伏技术以其高光电转换效率吸引了全球广大研究者的关注。一个聚光太阳能光伏发电模组包含多个聚光太阳能电池，我们可采用两种不同的方式对模组内部的太阳能电池进行电气连接，即串联连接或并联连接。如果不同的太阳能电池之间采用串联连接，则要求各太阳能电池的输出电流能够实现较好的匹配，不同太阳能电池输出电流之间的差异会导致功率损耗，降低模组发电效率；如果不同的太阳能电池之间采用并联连接，则要求各太阳能电池的输出电压能够实现较好的匹配，不同太阳能电池输出电压之间的差异同样会导致功率损耗，降低模组发电效率。

当聚光太阳能光伏发电模组内部的不同太阳能电池之间采用并联连接且该模组工作于开路电压附件时，输出电压高的太阳能电池会向输出电压低的太阳能电池内部灌入电流。特别是对应一些存在遮光现象的太阳能电池，其输出电压和输出电流会明显低于模组内的其它太阳能电池，因此会有来自于其它太阳能电池的灌电流注入到这些被遮光的太阳能电池中，而灌电流的注入又会导致被遮光太阳能电池温度的上升，从而降低太阳能电池材料的带隙能量，进而造成其输出电压的进一步降低，这样周而复始，形成恶性循环，并最终可能造成被遮光电池温度急剧上升，导致热失控现象及电池的损坏。如果针对并联连接的各个太阳能电池分别串接一个防护二极管，则可以有效防范太阳能电池出现热失控，但防护二极管的使用又会引入新的功率损失，得不偿失，因此该种方法一般不被采用。

太阳能电池热失控现象的产生必须具备三个条件：一、该电池所属的模组中不同电池之间采用并联连接，且各并联支路不包含防护二极管；二、该模组内某些电池存在遮光现象；三、模组内部电池受光面接收的聚光倍数足够高，或者模组内部并联连接的电池数量足够大。为了有效避免聚光太阳能电池的热失控现象，必须针对热失控现象的产生机理建立合适的理论模型，通过分析得到太阳能电池热失控现象产生的阈值条件，并将此引入聚光太阳能光伏发电模组的设计中,使模组性能得到优化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种并联连接的聚光太阳能电池热失控的控制方法。本发明通过对聚光太阳能电池热失控现象的产生机理及阈值条件进行全面分析，从而为聚光太阳能光伏模组的优化设计提供重要依据。

为解决上述技术问题，本发明方法具体包括：

（1）假定聚光太阳能光伏模组中包含N个并联连接的聚光太阳能电池，且其中仅有一个电池被完全遮光，未被遮光的电池接受的聚光倍数均为C，设置N和C的初值，即令N=N₀，C=C₀，并设C的最大取值为C_max；

（2）给单个聚光太阳能电池配以实际模组中相同的散热单元，对该电池完全挡光并外接一个电源，通过该电源为聚光太阳能电池提供注入电流，通过在电池热沉上安装一个温度传感器来探测电池工作温度，分别设置电源输出不同的电流值，分别得到对应的电池工作温度值，对测得的电池工作温度-注入电流数据进行数值拟合，得到电池工作温度随其注入电流的近似函数变化关系T（I_in）；

（3）利用实际测量的确定工作温度T_D下聚光太阳能电池各结子电池的外量子效率EQE和各结子电池带隙能量的温度相关特性E_gi（T），i=1,2,…,n,为聚光太阳能电池PN结序号，得到各结子电池在不同工作温度条件下的EQE数据；

（4）利用大气辐射传输模型，结合聚光太阳能光伏系统安装地点的地理及气象参数，得到入射到聚光太阳能光伏模组的直射光谱数据，进而将该数据乘以模组的聚光倍数C，计算出入射到聚光太阳能电池的光谱数据；

（5）假定会聚光斑能量在聚光太阳能电池受光面上均匀分布，采用集总式电路模型对聚光太阳能电池相关特性进行分析，基于PSPICE电路仿真软件针对单个聚光太阳能电池建立集总式等效电路模型，并将N个相同的聚光太阳能电池等效电路模型并联连接构成聚光太阳能光伏模组的等效电路模型；

（6）结合步骤（3）和（4）中得到的结果计算聚光太阳能电池各结子电池工作于温度T_j条件下的短路电流I_sci,j=I_sci（T_j），j=1,2,…,m为迭代序数，并将其作为输入数据代入聚光太阳能光伏模组的等效电路模型，计算得到温度T_j条件下聚光太阳能光伏模组及遮光电池的I-V特性曲线；