[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

说明书

一种非均匀辐照度下的聚光光伏光热系统性能计算方法，通过对非均匀辐照下的光伏光热组件进行二维离散，建立光伏光热微元的光‑热‑电耦合模型。运用二维离散光‑热‑电耦合模型可以得到离散的光伏光热微元的热电数据，如电场分布和温度分布等。最后根据光伏光热微元的热电数据来确定聚光光伏光热系统总体的热电性能参数。与传统的集中参数模型相比，本发明提出的二维离散光‑热‑电耦合模型具有计算准确性更高、应用范围更广以及可以获得系统局部的细节信息等优势。另外，二维离散光‑热‑电耦合模型也可以用来评估辐照度非均匀性对聚光光伏光热系统总体性能参数的影响。

技术领域

本发明属于太阳能聚光光伏光热研究领域，涉及一种非均匀辐照度下的聚光光伏光热系统性能计算方法。

背景技术

在太阳能聚光光伏光热研究领域，由于聚光器自身的聚光原理与特性，或者是不完全对准的跟踪策略等客观因素，非均匀的辐照度总是存在于光伏光热组件表面的。这种非均匀的辐照度直接会导致光伏电池的电流分布和温度分布的非均匀性。局部过大的电流会使局部的欧姆损失增大，从而造成光伏电池的开路电压以及填充因子下降，最终导致光伏电池的光电转换效率下降。局部过高的电池温度还会导致光伏电池表面的热斑和热应力集中，从而造成光伏电池的失效。在现有的用于评估聚光光伏光热系统热电输出性能的模型中，绝大部分采用的是集中参数模型，即采用光伏光热组件表面的平均辐照度以及平均温度进行计算。然而在非均匀辐照度和电池温度工况下，集中参数模型显然无法准确获得系统的热电输出性能，而且也无法获得系统局部的细节信息。因此，对于非均匀辐照度下的聚光光伏光热系统，需要用一种离散的光-热-电耦合模型来预测电池表面的温度分布以及系统总体的热电输出性能。

发明内容

针对非均匀辐照度下的聚光光伏光热系统，本发明的目的在于提供一种非均匀辐照度下的聚光光伏光热系统性能计算方法，利用离散的光-热-电耦合模型准确预测在非均匀辐照度下光伏电池的温度分布以及系统的热电输出性能，同时能够评估聚光器辐照非均匀度对光伏电池的温度分布以及系统热电性能的影响。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种非均匀辐照度下的聚光光伏光热系统性能计算方法，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；