一種對(duì)色散聚光型太陽能發(fā)電系統(tǒng)的仿真建模方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對(duì)色散聚光型太陽能發(fā)電系統(tǒng)的仿真建模方法，包括：（1）利用簡單太陽大氣輻射傳輸模式，得到入射的太陽光譜和輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)；（2）進(jìn)行膜系設(shè)計(jì)，得到輸入光譜的輸出光譜范圍和輸出透射/反射率；（3）對(duì)系統(tǒng)建模創(chuàng)建實(shí)際系統(tǒng)模型，得到各個(gè)子太陽能電池上的投射光譜數(shù)據(jù)和輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)；（4）創(chuàng)建系統(tǒng)所使用的單結(jié)/多結(jié)太陽能子電池模型，得到各個(gè)子電池的輸出響應(yīng)；（5）根據(jù)各個(gè)子電池的輸出響應(yīng)和投射光譜數(shù)據(jù)分別計(jì)算各個(gè)子電池效率，得到整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電量和實(shí)際效率。本發(fā)明方法可以得到實(shí)際入射到電池表面光譜特性和光強(qiáng)數(shù)據(jù)，可以更加優(yōu)化電池?fù)诫s濃度、PN結(jié)深和擴(kuò)散長度參數(shù)，更好的設(shè)計(jì)匹配性更好的電池組件。
【專利說明】一種對(duì)色散聚光型太陽能發(fā)電系統(tǒng)的仿真建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能光伏發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及到一種對(duì)色散聚光型太陽能發(fā)電系統(tǒng)的仿真建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在我們面臨諸多能源中，太陽能無疑是最豐富和最可靠的能源了。如果將入射到地球的太陽能量的1%以0.5%的效率轉(zhuǎn)換為電能，發(fā)電量也將超過全球總能耗的40倍。常規(guī)平板太陽能技術(shù)在實(shí)際使用中已經(jīng)可以取得大于10%的轉(zhuǎn)換效率，而占地面積僅僅是模塊面積的2倍左右，這也就是說每單位面積的土地有5%的能源轉(zhuǎn)換效率。
[0003]盡管如此，由于實(shí)際可以利用的陸地面積僅僅只是全球面積的1/4，因此實(shí)際單位面積僅能夠產(chǎn)生1.35%的轉(zhuǎn)換效率。而再考慮到有13%的土地用來耕溉和26%的土地用來放牧以及部分土地?zé)o法用來太陽發(fā)電，因此實(shí)際可以提供的土地面積要更少，這也就意味著如何增加太陽能發(fā)電的系統(tǒng)效率，降低成本，將是太陽能發(fā)電技術(shù)的核心。
[0004]太陽能聚光發(fā)電技術(shù)無疑是一種比較好的方法，它是利用光線聚焦原理，將入射的太陽光匯集為能量密度很高的光束并投射到聚光電池上，從而增加電池發(fā)電效率，提高單位面積發(fā)電量，降低土地使用面積和減少發(fā)電成本。
[0005]而常規(guī)使用的聚光太陽能電池往往采用II1- V族化合物多結(jié)電池，采用這些材料構(gòu)成太陽能電池本身就具有獨(dú)特的優(yōu)勢。首先，II1- V族化合物大多都是直接帶隙半導(dǎo)體，其光電轉(zhuǎn)換效率大大超過Si，Ge等間接帶隙半導(dǎo)體；其次，II1- V族化合物材料種類眾多，可以在不同的禁帶寬度范圍內(nèi)或者不同的晶格常數(shù)內(nèi)都有比較多的選擇；最后，通過調(diào)節(jié)II1- V族化合物材料的組分，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其禁帶寬度和晶格常熟的細(xì)微調(diào)節(jié)，而這對(duì)優(yōu)化多結(jié)太陽能電池的結(jié)構(gòu)和提高轉(zhuǎn)換效率非常有幫助。
[0006]由于太陽光譜范圍從0.3nm-4nm波長范圍內(nèi)都有比較強(qiáng)的分布，因此可以將禁帶寬度不同，能夠吸收不同波長區(qū)間太陽輻射能量的單結(jié)太陽電池堆疊起來，形成層疊結(jié)構(gòu)(圖1)，然而，目前技術(shù)中，以MOCVD為代表的外延生長技術(shù)只能夠?qū)崿F(xiàn)晶格匹配材料的疊層外延生長，而如果采用晶格完全匹配的材料構(gòu)造多結(jié)層疊太陽電池，則又很難滿足適合太陽光譜的禁帶寬度匹配。因此，盡管最佳的帶隙組分可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽輻射譜的最大利用，而材料的晶格匹配便于材料的外延生長的實(shí)現(xiàn)，這兩者往往卻是一對(duì)矛盾，從而極大的限制了太陽電池轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提高。此外，這樣的疊層多結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，需要設(shè)計(jì)低阻抗的隧道二極管進(jìn)行電流的傳遞，從而導(dǎo)致成本非常高昂。
[0007]為了解決上述矛盾和降低電池制造成本，華中科技大學(xué)的劉文教授曾經(jīng)提出一個(gè)采用光子晶體的色散型太陽能電池專利(專利號(hào)201010031383)，將入射到電池表面上的聚光廣譜太陽光利用分光單元分成不同頻率的光譜，而用若干個(gè)不同禁帶寬度的并列子電池來代替原本上下疊層的多結(jié)太陽能電池，忽略了禁帶寬度和晶格匹配之間的矛盾，降低了對(duì)隧道二極管的設(shè)計(jì)難度，并且更好的滿足電流匹配和光譜匹配，從而大大降低了多結(jié)太陽電池的設(shè)計(jì)和制造難度。而從成本上來考慮，因?yàn)橛昧藘r(jià)格便宜的分光單元來代替復(fù)雜且昂貴的疊層電池MOCVD外延生長技術(shù)，因此，這樣的色散聚光太陽能技術(shù)(圖2)具有比較低廉的生產(chǎn)和制造成本。
[0008]在這樣的色散聚光太陽能系統(tǒng)制造前期，如果能夠有一種方法來嚴(yán)格精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)建模仿真整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)，則無疑能夠極大的降低設(shè)計(jì)成本，并且具有非常高的靈活性。然而，目前所有的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件或者電池仿真軟件都僅僅只能夠考慮局部單一情況，而不能夠?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)有所考慮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提出了一種對(duì)色散聚光型太陽能發(fā)電系統(tǒng)的仿真建模方法，該方法可以對(duì)整個(gè)色散聚光太陽能系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)建模和仿真，最終得到系統(tǒng)發(fā)電效率和發(fā)電量。同樣，該方法也可以使用在常規(guī)聚光太陽發(fā)電系統(tǒng)前期設(shè)計(jì)中。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種對(duì)色散聚光型太陽能發(fā)電系統(tǒng)的仿真建模方法，包括:
[0011](I)利用簡單太陽大氣輻射傳輸模式，導(dǎo)入系統(tǒng)實(shí)際所在地的經(jīng)維度、氣壓、溫度、大氣和系統(tǒng)安裝傾斜角度，得到入射的太陽光譜和輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)；
[0012](2)利用Film wizard鍍膜軟件對(duì)色散元件進(jìn)行膜系設(shè)計(jì)，得到輸入光譜的輸出光譜范圍和輸出透射/反射率；
[0013](3)利用TracepiO光學(xué)軟件對(duì)系統(tǒng)建模，創(chuàng)建實(shí)際系統(tǒng)模型，將步驟(I)中所得到的太陽光譜和輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)導(dǎo)入模擬實(shí)際安裝所在地的輸入太陽光源，同時(shí)將步驟(2)中所得到的輸出光譜范圍和輸出透射/反射率導(dǎo)入模擬真實(shí)分光元件特性，再對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，得到各個(gè)子太陽能電池上的投射光譜數(shù)據(jù)和輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)；
[0014](4)利用PClD太陽能電池仿真軟件創(chuàng)建系統(tǒng)所使用的單結(jié)/多結(jié)太陽能子電池模型，然后將步驟(3)中所得到的各個(gè)子太陽能電池上的投射光譜數(shù)據(jù)和輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)依次導(dǎo)入，得到各個(gè)子電池的輸出響應(yīng)；
[0015](5)根據(jù)各個(gè)子電池的輸出響應(yīng)和投射光譜數(shù)據(jù)分別計(jì)算各個(gè)子電池效率，最后得到整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電量和實(shí)際效率。
[0016]在所述步驟(3)之后，還根據(jù)各個(gè)子電池表面的光強(qiáng)，模擬出各個(gè)子電池表面溫度，并在所述步驟(4)中利用所述電池仿真軟件根據(jù)所述各個(gè)子電池表面溫度進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明所述方法，可以得到實(shí)際入射到電池表面光譜特性和光強(qiáng)數(shù)據(jù)，從而可以更加優(yōu)化電池?fù)诫s濃度，PN結(jié)深和擴(kuò)散長度等參數(shù)，從而更好的設(shè)計(jì)匹配性更好的電池組件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是傳統(tǒng)疊層多結(jié)聚光太陽能電池原理示意圖；
[0019]圖2是色散聚光太陽能電池原理示意圖；
[0020]圖3是采用SMARTS模式得到的安裝地點(diǎn)的太陽光譜和輻照度數(shù)據(jù)；
[0021]圖4是采用Film wizard軟件模擬得到的29層高通濾光膜輸出光譜數(shù)據(jù)；[0022]圖5是實(shí)際的色散聚光型太陽能發(fā)電系統(tǒng)模型；
[0023]圖6是利用Traapro軟件對(duì)圖5進(jìn)行系統(tǒng)建模的仿真圖；
[0024]圖7是采用PClD軟件建立的Si基子電池；
[0025]圖8 (A)是根據(jù)輸入光譜強(qiáng)度和光譜得到的2組子電池中GaAs子電池功率輸出示意圖；
[0026]圖8 (B)是根據(jù)輸入光譜強(qiáng)度和光譜得到的2組子電池中Si子電池功率輸出示意圖；
[0027]圖9是各個(gè)子電池輸出功率數(shù)據(jù)表格；
[0028]圖10是本專利提出的對(duì)于色散聚光太陽能系統(tǒng)仿真方案的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0030]圖1是傳統(tǒng)疊層多結(jié)聚光太陽能電池原理圖，疊層太陽能多結(jié)聚光電池各層材料之間需要滿足晶格匹配和禁帶寬度匹配，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率和高可靠性，而晶格匹配和禁帶寬度匹配又往往是對(duì)矛盾，材料的選擇很難在這兩者之間完全匹配。對(duì)于一個(gè)三結(jié)太陽能電池，最優(yōu)帶隙組合應(yīng)該是0.71eV，1.16eV和1.83eV，通常采用GalnP/GaAs/Ge三種材料結(jié)合，而由于采用MOCVD技術(shù)進(jìn)行材料外延生長，因此疊層太陽電池成本通常非常高昂，并且由于要采用低阻抗的隧道二極管來實(shí)現(xiàn)層與層之間的電流傳遞，因此結(jié)構(gòu)也往往非常復(fù)雜，再加上伴隨結(jié)數(shù)的增加，其材料可選性和成本都成指數(shù)增加，因此想利用這樣的疊層太陽能電池來實(shí)現(xiàn)4結(jié)，5結(jié)甚至6結(jié)電池來進(jìn)一步增加太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，則無疑是一件非常困難的事情。
[0031]針對(duì)這些問題，華中科技大學(xué)的劉文教授曾經(jīng)提出一個(gè)新的解決思路，如圖2所示，在這個(gè)采用光子晶體的色散型太陽能電池專利(專利號(hào)201010031383)中，利用分光單元將廣譜匯聚太陽光分成若干個(gè)子光譜，然后在各個(gè)子光譜內(nèi)放置其禁帶寬度與之匹配的電池，這樣就不會(huì)受到晶格匹配和禁帶寬度的限制，并且由于各個(gè)子電池之間是分別連接各自總線上，因此也可以不考慮電流匹配問題，更不需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的隧道二極管，很容易就構(gòu)造成4結(jié)，5結(jié)或者6結(jié)電池組，從而進(jìn)一步降低成本，提高系統(tǒng)效率。
[0032]而針對(duì)這樣的系統(tǒng)模型，還沒有一個(gè)切實(shí)有效的仿真建模軟件可以完全對(duì)整個(gè)系統(tǒng)仿真，而在系統(tǒng)前期設(shè)計(jì)中，如果能夠有一種方法對(duì)系統(tǒng)整體架構(gòu)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，則可以大大提高系統(tǒng)安裝的準(zhǔn)確度和降低成本。
[0033]因此，本專利提出了一種對(duì)色散聚光型太陽能發(fā)電系統(tǒng)的仿真建模方法，該方法可以對(duì)整個(gè)色散聚光太陽能系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)建模和仿真，最終得到系統(tǒng)發(fā)電效率和發(fā)電量。同樣，該方法也可以使用在常規(guī)聚光太陽發(fā)電系統(tǒng)前期設(shè)計(jì)中。
[0034]整個(gè)實(shí)現(xiàn)方法可以按照如下步驟但不局限其實(shí)現(xiàn)順序:
[0035]a)首先利用簡單太陽大氣輻射傳輸模式(SMARTS)，導(dǎo)入系統(tǒng)實(shí)際所在地的經(jīng)維度，氣壓，溫度，大氣和系統(tǒng)安裝傾斜角度等數(shù)據(jù)情況，最終得到入射的太陽光譜和輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)。SMARTS代碼是準(zhǔn)光譜輻射模型，它可以用來計(jì)算入射到任何幾何形狀表面上的地表直射，地表漫射和總的地表太陽光譜輻射能流。其最新版本得到了美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的支持，并且共同研發(fā)出一種特別適合用戶的Excel界面，SMARTS的程序和文件在注冊(cè)登記獲得使用許可后，可以自由的從NREL官方網(wǎng)站上下載和使用。[0036]圖3是使用SMARTS軟件后，根據(jù)實(shí)際安裝地點(diǎn)環(huán)境情況，生成的太陽光譜和輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)。相比較ASTM G173-03全球參考太陽光譜相比，則更加逼近實(shí)際使用中光譜分布情況，保證了仿真準(zhǔn)確性。
[0037]b)如果采用濾光膜方式進(jìn)行分光，則可以根據(jù)光譜匹配要求利用Filmwizard等鍍膜設(shè)計(jì)軟件對(duì)色散元件進(jìn)行表層膜系設(shè)計(jì)，仿真得到色散元件的透射譜和反射譜，如圖4所示為一個(gè)29層的膜系設(shè)計(jì)，其中高通短波段可以給高禁帶寬度電池使用，而低通反射波段則可以給高禁帶寬度電池使用。
[0038]c)利用Trac印ι?光學(xué)軟件對(duì)系統(tǒng)建模，創(chuàng)建實(shí)際系統(tǒng)模型，圖5是一種實(shí)際色散聚光型太陽能發(fā)電系統(tǒng)模型，采用高反射率的鍍銀低鐵拋物面玻璃鏡面作為一級(jí)聚光器，而采用圖4所示的濾光片作為分光元件，短波段給位于焦平面的GaAs單結(jié)太陽能電池使用，而長波段給位于下方的Si基太陽能電池使用，為了確保入射到電池表面光斑的均勻性，采用一個(gè)內(nèi)壁反射的勻光器來保證其效果。
[0039]將a)中所得到安裝地點(diǎn)的太陽光譜和輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)作為輸入光源參數(shù)，同時(shí)按照
b)中的色散元件參數(shù)給分光元件建模，再對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行仿真，最終得到各個(gè)子太陽電池上的投射光譜數(shù)據(jù)和輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)，整個(gè)仿真圖如圖6所示。
[0040]d)將c)步驟最后得到的各個(gè)子電池表面的投射光譜數(shù)據(jù)和輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)生成入射光譜文件，再利用PClD太陽能電池仿真軟件建立各個(gè)子電池模型，圖7所示，如，禁帶寬度為1.428eV的GaAs子電池和禁帶寬度為1.12eV的Si子電池，或者由GaAs/GalnP和GalnAsP/GalnAs構(gòu)成的2組雙結(jié)子電池，最后利用入射光譜文件生成入射光參數(shù)，從而得到各個(gè)子電池的輸出功率和輸出效率，如圖8所示。其中，PClD軟件是澳大利亞新南威爾士大學(xué)光伏研究中心開發(fā)的一款太陽能電池仿真軟件，可以在其官方網(wǎng)站下載和使用。
[0041]e)最后根據(jù)各個(gè)子電池的輸出數(shù)據(jù)和入射光強(qiáng)數(shù)據(jù)分別計(jì)算各個(gè)子電池效率，得到整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電量和實(shí)際效率。
[0042]在步驟c)和步驟d)之間也可以利用所得到的各個(gè)子電池上的光強(qiáng)數(shù)據(jù)來對(duì)各個(gè)子電池進(jìn)行熱仿真，從而得到各個(gè)子電池上的模擬溫度，將該溫度帶入電池仿真軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)后，可以得到更加精確的結(jié)果。
[0043]本專利所描述的仿真建模方法，如果應(yīng)用在太陽能電池參數(shù)設(shè)計(jì)中，優(yōu)化目標(biāo)值為電池參數(shù)和材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。即可以根據(jù)本專利所描述方法得到實(shí)際入射到電池表面光譜特性和光強(qiáng)數(shù)據(jù)，從而可以更加優(yōu)化電池?fù)诫s濃度，PN結(jié)深和擴(kuò)散長度等參數(shù)，從而更好的設(shè)計(jì)匹配性更好的電池組件。
[0044]下述為根據(jù)本發(fā)明所述方法所構(gòu)建的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，具體為:
[0045]圖3是本專利中利用SMARTS模式得到實(shí)際系統(tǒng)安裝地點(diǎn)的太陽光譜數(shù)據(jù)和光強(qiáng)數(shù)據(jù)，SMARTS輸入變量中的其它大氣條件為:1)臭氧層總的柱豐度為0.3437kPa.m ;2)海平面上的可凝結(jié)水量為1.416cm ；3)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力為101.325kPa ；4) 二氧化碳柱狀體積濃度為0.37L/m3 ；5)對(duì)流層除了二氧化碳，臭氧層總的柱豐度和可凝結(jié)水量外，其它氣體的柱狀體積濃度取標(biāo)準(zhǔn)值；6)太陽常數(shù)為1366.lW/m2，忽略亮度，發(fā)光功效和促進(jìn)光合作用的光合激活輻射和特殊紫外線波段內(nèi)的計(jì)算；7)太陽圓周角默認(rèn)為180度；8)選擇為城市氣溶膠模式9)實(shí)際地點(diǎn)的經(jīng)維度等數(shù)據(jù)后，即可得到當(dāng)?shù)靥栞椛浜吞柟鈴?qiáng)數(shù)據(jù)，如圖3紅色曲線所示。
[0046]圖4是利用Film wizard鍍膜軟件來設(shè)計(jì)所需要的分光單元表層膜系，本發(fā)明實(shí)施例中，考慮到GaAs電池的耐溫性和熱膨脹系數(shù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)比Si電池要好很多，因此將高聚焦、光強(qiáng)密度高的焦點(diǎn)處放置GaAs電池，與之對(duì)應(yīng)短波段，正好和GaAs的光譜特性對(duì)應(yīng)，而將反射回來的長波段給予Si電池，從而更加充分利用太陽光譜。采用29層膜系結(jié)構(gòu)可以保證在整個(gè)廣譜范圍內(nèi)可以達(dá)到至少80%以上的透/反射率，如果要進(jìn)一步提高發(fā)電效率，可以采用層數(shù)更多的膜系結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)分光濾光片。同樣類似，也可以設(shè)計(jì)一個(gè)帶通濾光片，來實(shí)現(xiàn)其它的分光方式。
[0047]圖5是本專利所涉及到的一種色散聚光型太陽能發(fā)電系統(tǒng)，由高反射率低鐵玻璃拋物面聚光器(I)、低通石英濾光片(2)、高禁帶寬度太陽能陣列電池(3)、低禁帶寬度太陽能電池(4)、勻光器(5)構(gòu)成。
[0048]該色散聚光型太陽能發(fā)電系統(tǒng)特征在于:利用29層低通濾光片(2)將太陽光中280nm-871nm波段的光，透射輸入給高禁帶寬度太陽能陣列電池(3)上，而將871nm-2500nm波段的光反射給低禁帶寬度太陽能電池(4)上。所選擇的高禁帶寬度太陽能電池可以采用GaAs單結(jié)太陽能電池；所選擇的低禁帶寬度太陽能電池可以采用常規(guī)Si太陽能電池，也可以采用GalnAsP/GalnAs構(gòu)成的雙結(jié)太陽能電池；所采用的低鐵玻璃聚光器⑴具有比較低的光吸收系數(shù)和比較高的可靠性；所采用的勻光器(5)內(nèi)嵌反光鏡，短波長光能量入射到勻光器后，可被均勻分布到高禁帶寬度太陽能陣列電池(3)上，從而保證同一塊電池片上的電流匹配。
[0049]在TracepiO光學(xué)仿真軟件中輸入實(shí)際安裝地點(diǎn)的光譜數(shù)據(jù)和分光模型，即可得到入射到各個(gè)子電池表面上的光強(qiáng)數(shù)據(jù)，其中，高禁帶寬度太陽能陣列電池(3)位于聚光器焦點(diǎn)附近，而低禁帶寬度太陽能電池(4)位于其下方，整體構(gòu)造如圖6所示。
[0050]得到各個(gè)子電池上的入射光強(qiáng)數(shù)據(jù)后，也可以同時(shí)利用熱仿真軟件對(duì)實(shí)際應(yīng)用中的電池溫度進(jìn)行仿真，從而得到各個(gè)子電池表面上的模擬溫度數(shù)據(jù)后，則可以在后續(xù)電池效率仿真中更加接近真實(shí)情況。
[0051]利用PClD軟件生成所需要的各類子電池，一片為背電場太陽能Si電池(BSF電池)，如圖7所示，另外一片則采用GaAs單結(jié)電池。Si電池的襯底材料采用P型單晶硅材料，上表面為減反膜結(jié)構(gòu)，下表面為鋁背反射器。GaAs單結(jié)電池為GaAs/Ge結(jié)構(gòu)，具有高效率、抗輻照和耐高溫的優(yōu)點(diǎn)。
[0052]根據(jù)TracepiO軟件建模所得到的實(shí)際入射到各個(gè)子電池的光譜數(shù)據(jù)和輻射強(qiáng)度后，利用其作為光源，導(dǎo)入進(jìn)PClD軟件所設(shè)計(jì)的電池模型上，得到各個(gè)子電池的的輸出功率和效率，如圖8所示，其中上圖為GaAs子電池功率輸出情況，下圖為Si子電池功率輸出情況。
[0053]最后根據(jù)各個(gè)子電池的輸出數(shù)據(jù)和入射光強(qiáng)數(shù)據(jù)來分別計(jì)算各個(gè)子電池效率，如圖9所示，分別給出來了入射和反射到電池表面的輸入光強(qiáng)和輸出光強(qiáng)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算就可得到整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電量和實(shí)際效率。[0054]通過上述發(fā)明，就可以解決對(duì)于色散聚光型太陽能發(fā)電系統(tǒng)的仿真建模，從而可以進(jìn)一步降低成本，具有很大的靈活性。
[0055]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種對(duì)色散聚光型太陽能發(fā)電系統(tǒng)的仿真建模方法，其特征在于，所述的建模方法包括如下步驟: (1)利用簡單太陽大氣輻射傳輸模式，導(dǎo)入系統(tǒng)實(shí)際所在地的經(jīng)維度、氣壓、溫度、大氣和系統(tǒng)安裝傾斜角度，得到入射的太陽光譜和輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)； (2)利用Filmwizard鍍膜軟件對(duì)色散元件進(jìn)行膜系設(shè)計(jì)，得到輸入光譜的輸出光譜范圍和輸出透射/反射率； (3)利用TracepiO光學(xué)軟件對(duì)系統(tǒng)建模，創(chuàng)建實(shí)際系統(tǒng)模型，將步驟(I)中所得到的太陽光譜和輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)導(dǎo)入模擬實(shí)際安裝所在地的輸入太陽光源，同時(shí)將步驟(2)中所得到的輸出光譜范圍和輸出透射/反射率導(dǎo)入模擬真實(shí)分光元件特性，再對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，得到各個(gè)子太陽能電池上的投射光譜數(shù)據(jù)和輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)； (4)利用PClD太陽能電池仿真軟件創(chuàng)建系統(tǒng)所使用的單結(jié)/多結(jié)太陽能子電池模型，然后將步驟(3)中所得到的各個(gè)子太陽能電池上的投射光譜數(shù)據(jù)和輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)依次導(dǎo)入，得到各個(gè)子電池的輸出響應(yīng)； (5)根據(jù)各個(gè)子電池的輸出響應(yīng)和投射光譜數(shù)據(jù)分別計(jì)算各個(gè)子電池效率，最后得到整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電量和實(shí)際效率。
2.如權(quán)利要求1所述的仿真建模方法，其特征在于，在所述步驟(3)之后，還根據(jù)各個(gè)子電池表面的光強(qiáng)，模擬出各個(gè)子電池表面溫度，并在所述步驟(4 )中利用所述電池仿真軟件根據(jù)所述各個(gè)子電池表面溫度進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103678793SQ201310643710
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】官成鋼, 劉 文, 吳展翔, 王雙保, 溫晨龍 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)