[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

摘要

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。

主权项

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：Qpv,abs(i,j)＝Pm(i,j)+Qf(i,j)+Qloss,conv(i,j)+Qloss,rad(i,j)  (1)其中，Qpv,abs(i,j)是光伏电池微元吸收的辐射通量，Pm(i,j)是光伏电池微元输出的最大电功率，Qf(i,j)是流体微元吸收的热能，Qloss,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，Qloss,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，Tpv(i,j)是光伏电池微元的温度，Rpv‑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；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，Rpv‑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；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，Im(i,j)是光伏电池微元的最大功率点电流，Gref是光伏电池标准测试条件下的辐照度，Tref是光伏电池标准测试条件下的温度，αI是光伏电池的电流温度系数；光伏电池微元在标准测试条件下的最大功率点电流Im,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Im,ref来计算：Im,ref(i,j)＝Im,ref/n  (9)7)计算光伏电池微元的最大功率点电压：Vm(i,j)＝Vm,ref(i,j){1+βV[Tpv(i,j)‑Tref]}‑Rs(i,j)[Im(i,j)‑Im,ref(i,j)]  (10)其中，Vm(i,j)是光伏电池微元的最大功率点电压，βV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Vm,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Vm,ref：Vm,ref(i,j)＝Vm,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：Pm(i,j)＝Im(i,j)·Vm(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。