[发明专利]一种非均匀辐照度下的聚光光伏光热系统性能计算方法

权利要求书

1.一种非均匀辐照度下的聚光光伏光热系统性能计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)计算区域离散：在光伏光热组件的宽度方向，将离散单元个数设置为n；在光伏光热组件的长度方向，假设串联的单体光伏电池片个数是m，因此离散单元个数设置为m；光伏光热组件被离散的单元个数为m×n，每个离散的单元称之为光伏光热微元；每一个光伏光热微元都包括一个光伏电池微元和一个流体微元；

2)光伏光热微元上接收到的辐照度的确定：光伏光热组件上接收到的辐照度分布用蒙特卡洛光线追踪方法或者用光学模拟软件计算得到；光伏光热微元上接收到的辐照度由微元上接收到的辐射通量除以微元的受光面积得到；

3)光伏光热微元的能量流动分析，获得关于光伏光热微元的能量守恒方程：以任意一个光伏光热微元(i,j)作为控制容积，对其能量流动进行分析，获得关于光伏光热微元的能量守恒方程：

Q_pv,abs(i,j)＝P_m(i,j)+Q_f(i,j)+Q_loss,conv(i,j)+Q_loss,rad(i,j) (1)

其中，Q_pv,abs(i,j)是光伏电池微元吸收的辐射通量，P_m(i,j)是光伏电池微元输出的最大电功率，Q_f(i,j)是流体微元吸收的热能，Q_loss,conv(i,j)是光伏光热微元通过玻璃盖板与环境的对流热损失，Q_loss,rad(i,j)是光伏光热微元通过玻璃盖板与环境的辐射热损失；

4)根据光伏光热微元玻璃盖板表面的热平衡方程得到光伏电池微元与玻璃盖板表面的导热量，即光伏电池微元与玻璃盖板表面的导热量等于玻璃盖板与环境之间的辐射换热量和对流换热量之和：

其中，T_pv(i,j)是光伏电池微元的温度，R_pv-c是光伏电池和玻璃盖板之间的热阻，由光伏光热组件的结构和材料的导热系数以及厚度计算；T_c(i,j)是光伏光热微元玻璃盖板的温度，ε_c是玻璃盖板的发射率，σ是斯忒藩-玻尔兹曼常数，T_sky是天空温度，h_w是玻璃盖板与环境之间的对流换热系数，T_amb是环境温度；

5)根据流体微元的热平衡方程，得到流体微元获得的热能：

其中，R_pv-f是光伏电池和流体之间的热阻，由光伏电池与冷却通道壁面之间的导热热阻以及冷却通道壁面与流体之间的对流热阻构成；T_f(i,j)是流体微元的出口温度，T_f(i,j-1)是流体微元的进口温度，是流体微元的质量流量，C_p是流体的比热容，ΔA是光伏光热微元的受光面积；

步骤3)-5)构成了光伏光热微元的热模型；

下面给出光伏光热微元的电模型：

6)计算光伏电池微元的最大功率点电流，由下面两式得到：

其中，I_m(i,j)是光伏电池微元的最大功率点电流，G_ref是光伏电池标准测试条件下的辐照度，T_ref是光伏电池标准测试条件下的温度，α_I是光伏电池的电流温度系数；T_ref是光伏电池标准测试条件下的温度，R_s(i,j)是光伏电池微元的串联电阻；

光伏电池微元在标准测试条件下的最大功率点电流I_m,ref(i,j)根据单体光伏电池片在标准测试条件下的最大功率点电流I_m,ref来计算：

I_m,ref(i,j)＝I_m,ref/n (9)

7)计算光伏电池微元的最大功率点电压：

V_m(i,j)＝V_m,ref(i,j){1+β_V[T_pv(i,j)-T_ref]}-R_s(i,j)[I_m(i,j)-I_m,ref(i,j)] (10)

其中，V_m(i,j)是光伏电池微元的最大功率点电压，β_V是光伏电池的电压温度系数；光伏电池微元在标准测试条件下的最大功率点电压V_m,ref(i,j)等于单体光伏电池片在标准测试条件下的最大功率点电压V_m,ref：

V_m,ref(i,j)＝V_m,ref (11)

8)光伏电池微元输出的最大电功率，等于光伏电池微元最大功率点电流和电压之积：

P_m(i,j)＝I_m(i,j)·V_m(i,j) (14)

步骤6)-8)完成了光伏光热微元电模型的构建，步骤2)-8)构成了光伏光热微元的光-热-电耦合模型；

根据光伏光热微元的光-热-电耦合模型能够得到光伏电池表面的温度分布，同时能够获得聚光光伏光热系统总体的热电性能参数。