高效太阳能电池关键技术研究

【摘要】： 随着化石能源的日益枯竭、人们对环境保护问题的重视程度不断提高,寻找洁净的替代能源问题变得越来越迫切。太阳能作为一种可再生清洁能源,并可持续利用,因此有着广阔的应用前景,光伏发电技术也越来越受到人们的关注。为了能使光伏产品得到普及,进一步提高效率、降低成本是光电池的发展趋势。提高太阳能电池转换效率,降低成本,关键是提高太阳能的利用率,而聚光太阳能电池能有效提高电池转换效率和降低成本,其中聚光器的设计和跟踪技术是该类电池在研究中要解决的关键技术。 本文在详细介绍太阳能电池工作原理、基本结构及主要特性的基础上,研究和设计了电池聚光系统中的聚光器。具体内容如下: (1)分析了太阳能电池的转换效率及影响因素,并研究了提高太阳能电池转换效率的主要技术,如减反射损失技术、减少载流子损失技术和减少光透射损失技术等。 (2)研究了几种典型聚光太阳能电池以及聚光器在太阳能电池中的应用,通过分析研究得出抛物面聚光器制造成本高,反射层易脱落等缺陷,菲涅尔透镜在太阳能电池应用中具有较好的性能特点。 (3)通过分析平板形线性菲涅尔透镜的光学效率,设计了柱面线聚焦菲涅尔透镜,并对该透镜在使用时电池位置的确定进行了计算推导。采用32cm×25cm点状菲涅尔透镜,型号为ZDS-10H数字照度计对菲涅尔透镜提高太阳能利用率作了相关实验,在视场角为0°时,单位面积上太阳能照度被提高了15.3倍,并且通过实验数据验证了菲涅尔透镜作为折射式聚光器可明显提高太阳能的利用率,但其聚光倍数随着光强的减弱而变小,随着太阳视场角的增大也明显减小,主要是透镜表面存在反射损失。 (4)针对抛物柱曲面镀银玻璃太阳能聚光器聚光不均匀、加工费用高及银反射层易脱落等三大缺陷,提出了一种用“多折面”代替“曲面”、用“镀银双层玻璃”代替“镀银玻璃”的新型抛物柱折面形镀银玻璃太阳能聚光器。 【关键词】：太阳能 聚光电池 菲涅尔透镜 折面聚光器
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1.绪论10-21
• 1.1 课题研究背景10-12
• 1.2 太阳能的特点及优势12-14
• 1.3 太阳能电池的分类和研究进展14-20
• 1.3.1 按材料分类14-18
• 1.3.2 按形态结构分类18-20
• 1.4 本文研究的主要内容20-21
• 2.太阳能电池基本知识21-38
• 2.1 太阳能电池原理及结构21-25
• 2.1.1 太阳能电池基本原理21-24
• 2.1.2 太阳能电池基本结构24-25
• 2.2 太阳能电池主要特性25-29
• 2.2.1 光谱响应特性25-26
• 2.2.2 伏安特性26-27
• 2.2.3 温度特性27-28
• 2.2.4 太阳能电池主要参数28-29
• 2.3 太阳能电池等效电路和效率分析29-37
• 2.3.1 太阳能电池等效电路29-30
• 2.3.2 太阳能电池转换效率的理论上限30-32
• 2.3.3 影响太阳能电池转换效率的因素32-33
• 2.3.4 提高太阳能电池转换效率的各种技术33-37
• 2.4 本章小结37-38
• 3.聚光高效太阳能电池研究38-52
• 3.1 聚光光伏技术的发展38-39
• 3.2 各种聚光太阳能电池39-44
• 3.2.1 平面结聚光硅太阳能电池39-40
• 3.2.2 垂直结聚光硅太阳能电池40-43
• 3.2.3 聚光砷化镓太阳能电池43-44
• 3.3 各种聚光器在太阳能电池中的应用44-51
• 3.3.1 聚光比44-45
• 3.3.2 反射式聚光器45-50
• 3.3.3 折射式聚光器50-51
• 3.4 本章小结51-52
• 4.菲涅尔透镜太阳能聚光器研究52-64
• 4.1 菲涅尔透镜原理及特点52-55
• 4.1.1 菲涅尔透镜的光学原理52-54
• 4.1.2 菲涅尔透镜的特点及影响因素54-55
• 4.2 用于聚光太阳能电池的柱面菲涅尔透镜设计55-59
• 4.2.1 线聚焦透镜的光学效率分析55-56
• 4.2.2 柱面菲涅尔透镜的设计56-59
• 4.3 菲涅尔透镜提高太阳能利用率实验研究59-63
• 4.3.1 实验描述59-61
• 4.3.2 实验结果分析61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 5.折面形抛物柱太阳能聚光器研究64-69
• 5.1 折射面反射镜存在的主要问题64-65
• 5.2 折面形抛物柱聚光器设计及光路分析65-68
• 5.3 折面形抛物柱太阳能聚光器的特点68
• 5.4 本章小结68-69
• 6.总结69-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士学位期间发表的论文74-75
• 致谢75

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