[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

摘要

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。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，为基于并联连接聚光太阳能电池构成的聚光太阳能光伏模组的相关参数设计提供充分的理论依据，可实现对模组中聚光太阳能电池热失控现象的有效控制。

主权项

一种并联连接的聚光太阳能电池热失控的控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：（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；（7）由聚光太阳能光伏模组的I‑V特性曲线得到模组开路电压，将其确定为各聚光太阳能电池的工作电压V_j=V_oc（T_j），并利用该工作电压值和遮光电池的I‑V特性曲线计算注入到遮光电池的电流值I_in,j=I_in（T_j）；（8）利用步骤（2）和（7)中的结果计算得到遮光电池注入电流导致的温度升高，升高后的温度记为T_j+1，设定Δ₁为T_j+1与T_j之间的容差，Δ₂为启动热失控的阈值温度差；若|T_j+1‑T_j|≤Δ₁，则认为该遮光电池不会产生热失控现象，令N=N+1，进而回转执行所述的步骤（5）；若|T_j+1‑T_j|≥Δ₂，即此时出现遮光电池温度急剧上升的现象，则认为该电池出现热失控现象，直接进入步骤（9）；若Δ₁＜|T_j+1‑T_j|＜Δ₂，即T_j+1相比于T_j有适当提升，则令T_j=T_j+1，进而回转执行所述的步骤（6）；（9）记录下此时的数据组（C，N‑1），令C=C+10，判断C＜C_max是否成立；若成立，令N=N₀，进而回转执行所述的步骤（4）；若不成立，直接进入步骤（10）；（10）将所有记录的离散数据组（C，N‑1）进行拟合，在实际聚光太阳能光伏模组的设计方案中，（C，N）的取值必须位于该拟合曲线的包络以内，才能有效避免遮光太阳能电池中的热失控现象，保证聚光太阳能光伏模组的正常工作。