非均匀辐照及温度条件下DA-CPV系统的光热电耦合研究

近几年,密集阵列聚光光伏发电系统由于较高的转化效率受到很多学者的关注。然而,由于高密度的非均匀聚光能流影响,密集阵列聚光光伏系统产生了大量的失配损失。本文首先对聚光光伏系统的物理模型进行分析,建立了光学、电学、热学基础上的多物理场模型,并基于Simulink软件建立了仿真模型。通过对非均匀辐照和电池电学特性的分析,本文提出了旋转对称连接方法以应对失配损失问题。作为示例,本文提出了对角旋转对称连接和四角旋转对称连接。通过2阶段仿真模型,对4种常规连接和2种旋转对称连接进行了输出性能的对比。结果表明在不同的辐照分布和电池串联电阻下,旋转对称连接可以很大程度上减少功率耗散。对角旋转对称连接和四角旋转对称连接可以提高密集阵列聚光光伏系统的输出性能。与串并联连接相比,对角旋转对称连接和四角旋转对称连接最多分别可将阵列转换效率提高48%和64.3%。同时,四角旋转对称连接表现出十分平滑的伏安特性曲线和功率-电压曲线,降低了最大功率点追踪的难度并提高了变化的非均匀聚光分布下系统输出的稳定性。考虑到电池串联电阻时产生的焦耳热损失时,采用旋转对称连接仍然可以得到与常规连接相比更高的转换效率。其次,通过同时考虑电池辐照、阵列连接和温度分布,聚光光伏阵列的多物理场特性得到研究。结果显示经过优化的连接方式可以影响阵列的整体温度。文中还研究了温度分布对阵列输出的影响。当辐照、连接和平均温度不变时,温度分布变化会影响到阵列的输出性能。在非均匀辐照下,阵列的最高输出功率会在温度场为反高斯分布时取得。