聚光太陽能電池測試平臺的設計

三江學院 電子信息工程學院 李 路 錢 健

聚光太陽能電池測試平臺的設計

三江學院 電子信息工程學院 李 路 錢 健

【摘要】本文設計了一套具有中高倍數聚光太陽能電池測試平臺，通過本平臺可以測試出在中高倍點聚光的條件下半導體III-V族多結太陽能電池及硅電池的熱學及電學特性。測試結果包括聚光倍數、光斑密度、電池IV特性曲線等參數。

【關鍵詞】太陽能；聚光電池；測試平臺

1.引言

聚光光伏發電技術是利用聚光光學元件將平行的太陽光聚焦到太陽能電池上，以實現光伏發電的目的。通過光學元件對太陽光的會聚，使到達太陽能電池的光強大大增加，進而提高太陽能電池的光電轉換效率，在提高轉換效率的同時又節省了太陽能電池使用的材料［1-2］。因此聚光太陽能電池的開發和使用是目前的研究熱點，由于聚光太陽能電池的復雜性，與其對應的測試平臺和測試方法也存在著一定的困難，本文設計了一套具有中高倍數聚光太陽能電池綜合測試平臺，其主要特點可以對聚光倍數、光斑密度、電池IV特性曲線等參數進行測量。

2.測試光路搭建

圖1為聚光太陽能電池的基本結構，光學系統包括菲涅爾透鏡、二次透鏡，由于光線會聚后會提高太陽能電池的溫度從而影響其性能甚至產生危險，因此電池背面還配有吸熱材料層［3］。

圖1 聚光太陽能電池的基本結構

針對這種類型的聚光電池測試要比普通的硅太陽能電池復雜的多，因此測試平臺是由光學系統、太陽能電池溫度控制夾具、測試系統三部分組成。

光學系統部分的核心部分為穩態氙燈太陽模擬器光源，如圖2所示，光源室采用背面光反射鏡結構，光收集效率提升50%以上，光源輸出平行光光斑直徑為46mm，光譜范圍為200-2500nm，其色溫能夠達到6000K，基本接近于太陽光。使用透鏡組達到100倍的聚光倍數并用準直鏡進行準直，選擇不同的聚光透鏡和變化模擬器的輸出電流來實現聚光倍數的變化，并通過光功率計監測聚光倍數，即可實現聚光倍數的可調。

太陽能電池溫度控制夾具包含了溫控夾具，水冷機組，真空泵及位移平臺，用來吸附電池并控制電池溫度。測試系統包括了吉時利數字源表、光功率計、Fluke 數據采集儀，熱電偶，用來進行電學，光學及熱學參數測量。

圖2 穩態氙燈太陽模擬器光源

3.測試流程

圖3 中高倍數聚光太陽電池I-V測試流程圖

圖3為中高倍數聚光太陽能電池I-V特性曲線測試流程圖，測試方法是建立在傳統晶硅電池測試標準的基礎上的，但與傳統的硅電池測試流程不同的是，聚光電池實際工作溫度波動范圍較大，對電池工作特性的測試有很大的影響，有待于進一步校正出標準條件。

4.結論

通過對聚光太陽能電池測試平臺的設計，形成了一套可以測試聚光倍數、光斑密度及電池I-V特性曲線的測試系統，解決了聚光太陽能電池與傳統硅電池相比測試難度大的問題。

參考文獻

［1］袁愛誼，王亮興.聚光光伏發電技術研究與展望［J］.上海電力，2009（1）∶13-18.

［2］田瑋，王一平，韓立君，等.聚光光伏系統的技術進展［J］.太陽能學報，2005，26（4）∶597-604.

［3］陳志明，張麗，董前民，梁培.菲涅爾透鏡聚光倍率測試系統研究［J］.傳感器與微系統，2012，31（11），64-66.