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(shù)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(jié)太陽能電池及硅電池的熱學及電學特性。測試結(jié)果包括聚光倍數(shù)、光斑密度、電池IV特性曲線等參數(shù)。

【關(guān)鍵詞】太陽能；聚光電池；測試平臺

1.引言

聚光光伏發(fā)電技術(shù)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(xiàn)光伏發(fā)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(zhuǎn)換效率，在提高轉(zhuǎn)換效率的同時又節(jié)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(fā)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(shù)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(shù)、光斑密度、電池IV特性曲線等參數(shù)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(jié)構(gòu)，光學系統(tǒng)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(chǎn)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(jié)構(gòu)

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(tǒng)、太陽能電池溫度控制夾具、測試系統(tǒng)三部分組成。

光學系統(tǒng)部分的核心部分為穩(wěn)態(tài)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(jié)構(gòu)，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(shù)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(xiàn)聚光倍數(shù)的變化，并通過光功率計監(jiān)測聚光倍數(shù)，即可實現(xiàn)聚光倍數(shù)的可調(diào)。

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(tǒng)包括了吉時利數(shù)字源表、光功率計、Fluke 數(shù)據(jù)采集儀，熱電偶，用來進行電學，光學及熱學參數(shù)測量。

圖2 穩(wěn)態(tài)氙燈太陽模擬器光源

3.測試流程

圖3 中高倍數(shù)聚光太陽電池I-V測試流程圖

圖3為中高倍數(shù)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(tǒng)晶硅電池測試標準的基礎上的，但與傳統(tǒng)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(jié)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(shù)、光斑密度及電池I-V特性曲線的測試系統(tǒng)，解決了聚光太陽能電池與傳統(tǒng)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(fā)電技術(shù)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(tǒng)的技術(shù)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(tǒng)研究［J］.傳感器與微系統(tǒng)，2012，31（11），64-66.