空間太陽(yáng)電池聚光系統(tǒng)設(shè)計(jì)及性能分析研究

邵立民, 楊淑利

(中國(guó)空間技術(shù)研究院, 北京　100092)

為航天器供電的空間聚光太陽(yáng)電池陣通過(guò)聚光系統(tǒng)將大面積太陽(yáng)光聚集到太陽(yáng)電池片上，通過(guò)提高單位面積電池片接收光強(qiáng)來(lái)降低電池片的使用量，既可提高電池陣光電轉(zhuǎn)換效率，又可較好解決空間太陽(yáng)電池陣大功率需求與低成本、低重量之間的矛盾[1-3]，是未來(lái)大功率航天器能源的發(fā)展方向之一。

聚光太陽(yáng)電池組電性能輸出特性和線聚焦菲涅耳透鏡光學(xué)特性是空間太陽(yáng)電池聚光系統(tǒng)的主要特性。聚光條件下的太陽(yáng)電池具有高光強(qiáng)、高溫度的特點(diǎn)，電池?cái)U(kuò)散層、基區(qū)載流子的遷移和復(fù)合、熱特性會(huì)發(fā)生很大變化，使得聚光太陽(yáng)電池的短路電流 、開(kāi)路電壓 、填充因子FF、光電轉(zhuǎn)換效率 和熱-電耦合特性明顯不同于常規(guī)太陽(yáng)電池[4-5]。因此，有必要進(jìn)行聚光條件下的太陽(yáng)電池輸出特性分析，總結(jié)規(guī)律用于指導(dǎo)聚光太陽(yáng)電池設(shè)計(jì)。

近年來(lái)，美、俄等國(guó)對(duì)菲涅耳透鏡的材料光學(xué)性能、鏡面棱型結(jié)構(gòu)、焦斑位置與尺寸、焦斑能量分布等方面進(jìn)行了研究[6-7]。我國(guó)一些研究機(jī)構(gòu)也開(kāi)展了線聚焦菲涅耳聚光透鏡的聚光原理分析和光學(xué)效率計(jì)算[8-9]。但上述研究缺乏對(duì)聚光條件下太陽(yáng)電池輸出特性規(guī)律的系統(tǒng)性分析，也沒(méi)有涉及不同工作溫度、不同基板材料導(dǎo)熱率對(duì)太陽(yáng)電池聚光性能綜合影響的研究，而上述內(nèi)容是評(píng)價(jià)空間聚光太陽(yáng)電池性能優(yōu)劣和開(kāi)展工程設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。

為此，本文將開(kāi)展聚光太陽(yáng)電池模塊各組件設(shè)計(jì)；建立空間太陽(yáng)電池聚光系統(tǒng)熱電耦合計(jì)算模型，分析不同聚光比、不同基板厚度和不同基板材料導(dǎo)熱率下太陽(yáng)電池溫度、短路電流密度、開(kāi)路電壓及最大輸出功率之間的關(guān)系和匹配規(guī)律；提出合理可行的空間太陽(yáng)電池聚光系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)方法，以解決該系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中的多參數(shù)合理匹配和選擇問(wèn)題。

1　聚光太陽(yáng)電池模塊設(shè)計(jì)

典型的空間聚光電池模塊主要由線聚焦菲涅耳透鏡、支撐組件、聚光太陽(yáng)電池片、散熱基板組成，如圖1所示[10]。

圖1　空間太陽(yáng)電池聚光系統(tǒng)原理圖

1.1　聚光透鏡設(shè)計(jì)

空間太陽(yáng)電池聚光系統(tǒng)適宜采用線聚焦菲涅耳薄膜透鏡，透鏡材料選擇透光率高、質(zhì)地柔軟可折疊且具有抗紫外輻照、抗原子氧、抗高低溫等優(yōu)良空間環(huán)境適應(yīng)性的硅樹(shù)脂材料[11]。透鏡表面采用減反鍍膜設(shè)計(jì)，使接收光線波長(zhǎng)覆蓋紫外線到紅外線范圍，使透光率增加到90%以上。

1.2　聚光太陽(yáng)電池選取

空間聚光太陽(yáng)電池片材料可選取硅太陽(yáng)電池或三結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池。其中，硅太陽(yáng)電池可在幾個(gè)到上千個(gè)太陽(yáng)光強(qiáng)下穩(wěn)定工作。但光電轉(zhuǎn)換效率不高，聚光產(chǎn)生的高溫會(huì)進(jìn)一步降低硅太陽(yáng)效率，不能發(fā)揮聚光太陽(yáng)電池陣的優(yōu)勢(shì)[12]。三結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池(GaInP2/GaInAs/Ge)光電轉(zhuǎn)換效率高，耐高溫特性好，可在高光強(qiáng)下工作，但價(jià)格較高。因此，三結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池可充分發(fā)揮聚光優(yōu)勢(shì)，抑制電池片價(jià)格和重量較高的劣勢(shì)，顯著降低系統(tǒng)成本和重量，非常適合應(yīng)用于空間聚光太陽(yáng)電池。

1.3　電池散熱設(shè)計(jì)

聚光產(chǎn)生的高溫對(duì)太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率和材料的在軌使用壽命存在不利影響。為此，對(duì)太陽(yáng)電池安裝基板開(kāi)展專門的散熱設(shè)計(jì)，基板通過(guò)輻射方式將太陽(yáng)電池?zé)崃颗派⒌接钪婵臻g，所采用的散熱設(shè)計(jì)措施包括：采用高導(dǎo)熱率基板材料，嚴(yán)格控制電池粘接膠空洞率，提高熱傳導(dǎo)效率；采用輻射率 達(dá)到0.90～0.98的表面熱控涂層，提高輻射散熱能力；盡量增大基板散熱面積。

可用于制造基板的C-C復(fù)合材料具有高導(dǎo)熱率和低密度的特點(diǎn)，主要包括氣相生長(zhǎng)(VGCF)碳纖維、聚丙烯腈(PAN)碳纖維、瀝青基碳纖維、碳納米管復(fù)材等[13]。高溫高壓成型的VGCF/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料室溫導(dǎo)熱率一般可達(dá)70～85 W/m·K，最高695 W/m·K[14]。同時(shí)，VGCF/環(huán)氧樹(shù)脂材料的密度為1.48 g/cm3，比強(qiáng)度和比模量分別為1.02和95，滿足聚光太陽(yáng)電池陣電池基板高散熱率、高強(qiáng)度和輕重量的需求。

2　太陽(yáng)電池陣聚光模塊性能分析

建立太陽(yáng)電池等效電路如圖2所示，圖中：Iph為光生電流,Id為二極管電流,Ish為漏電流,Rsh為旁路電阻或叫并聯(lián)電阻,Rs為串聯(lián)電阻,Voc為開(kāi)路電壓,I為輸出電流,V為輸出電壓,RL為負(fù)載。

圖2　太陽(yáng)電池等效電路

2.1　短路電流ISC

聚光太陽(yáng)電池短路電流ISC與太陽(yáng)投射到太陽(yáng)電池上的能量流密度Einc成正比,如公式(1)所示,這是聚光太陽(yáng)電池設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)條件。

ISC=ISC-ST·c

(1)

式中，c為聚光比,ISC-ST為AM0及標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試狀態(tài)下的太陽(yáng)電池短路電流。

2.2　開(kāi)路電壓Voc

太陽(yáng)電池開(kāi)路電壓[15]如(2)式所示。

(2)

式中,Voc為開(kāi)路電壓,κ為波爾茲曼常數(shù),T為電池絕對(duì)溫度,q為電子電荷,ISC為短路電流,I0為反向飽和電流,ISC》I0。

根據(jù)公式(1),聚光比c增大,導(dǎo)致ISC增加,開(kāi)路電壓Voc也隨之增加。

2.3　串、并聯(lián)電阻Rs,Rsh

串、并聯(lián)電阻Rs,Rsh是太陽(yáng)電池的內(nèi)在特性,其中Rs是電池電極的接觸電阻、發(fā)射區(qū)薄層電阻和體電阻的綜合,Rsh由P-N結(jié)微電阻和工藝缺陷造成。Rsh對(duì)太陽(yáng)電池工作特性影響較小,可忽略不計(jì)。Rs會(huì)在電池內(nèi)部損耗電能,降低光電轉(zhuǎn)化效率和填充因子。

對(duì)于聚光電池,在低光強(qiáng)范圍內(nèi)(<20倍)Rs基本不變,高光強(qiáng)下電池內(nèi)載流子增加,串聯(lián)電阻Rs減小,電池內(nèi)部電能損耗降低,因此高光強(qiáng)有利于提高電池效率。

一般利用試驗(yàn)方法測(cè)量不同光強(qiáng)下的電池負(fù)載電流和電壓并代入公式(3)計(jì)算Rs。

(3)

式中,Vmx,Imx分別指在x倍光強(qiáng)下太陽(yáng)電池最佳工作點(diǎn)電壓和電流,Vm0,Im0分別為1倍光強(qiáng)下太陽(yáng)電池最佳工作點(diǎn)電壓和電流。

2.4　填充因子FF

填充因子FF用來(lái)表征太陽(yáng)電池I-V曲線的方形程度,如公式(4)所示。

(4)

式中，VMP為最大功率點(diǎn)Pmax處輸出電壓,IMP為最大功率點(diǎn)Pmax處輸出電流。

FF取決于太陽(yáng)電池串聯(lián)電阻Rs,低光強(qiáng)時(shí)可認(rèn)為FF不變;高光強(qiáng)時(shí),在光照均勻的情況下FF會(huì)增大,在光照不均勻時(shí)FF不一定增大。當(dāng)聚光比從1增加到1 000時(shí),FF增加1%～2%,增加比率可忽略。

2.5　轉(zhuǎn)換效率ηSC

太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率ηSC與短路電流ISC、開(kāi)路電壓Voc、填充因子FF等存在以下關(guān)系

(5)

式中，SSC為太陽(yáng)電池面積,Pmax=Voc·ISC·FF，Einc為單位面積太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。

ηSC受太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)損失和電學(xué)損失兩大因素影響,其中結(jié)構(gòu)損失PL取決于太陽(yáng)電池片材料,如砷化鎵電池結(jié)構(gòu)損失小于單晶硅電池,電學(xué)損失PS由太陽(yáng)電池串聯(lián)電阻Rs引起。因此ηSC可進(jìn)一步表達(dá)為

(6)

2.6　電池工作溫度TSC

TSC對(duì)太陽(yáng)電池I-V曲線存在影響,如圖3所示。隨著TSC升高,太陽(yáng)電池短路電流略有增加,而高溫會(huì)降低電池材料禁帶寬度,進(jìn)而顯著降低開(kāi)路電壓,導(dǎo)致I-V曲線下的面積減小,轉(zhuǎn)換效率和輸出功率下降。

圖3　硅太陽(yáng)電池I-V隨溫度變化曲線

考慮工作溫度TSC影響的關(guān)聯(lián)性,可建立如圖4所示的聚光比、工作溫度、開(kāi)路電壓、短路電流、轉(zhuǎn)換效率及輸出功率的耦合關(guān)系。因此，計(jì)算聚光條件下太陽(yáng)電池輸出特性就必須考慮多個(gè)因素的綜合影響,特別是熱電耦合特性。

圖4　聚光太陽(yáng)電池參數(shù)關(guān)聯(lián)特性

3　太陽(yáng)電池?zé)犭婑詈戏治?/h2>

宇宙空間工作的太陽(yáng)電池片只能通過(guò)傳導(dǎo)和輻射傳熱,系統(tǒng)傳熱原理如圖5所示。在空間聚光太陽(yáng)電池穩(wěn)定工作中,太陽(yáng)電池處于熱平衡狀態(tài),吸收的熱量等于散失的熱量,此時(shí)的電池溫度為工作溫度TSC。

AM0光照條件下,不考慮透鏡光學(xué)效率,太陽(yáng)電池產(chǎn)熱Qh按公式(7)計(jì)算。

Qh=(αs-ηSC)Einc·c·SSC

(7)

式中，αs是太陽(yáng)電池吸收比,與太陽(yáng)電池表面鍍層熱輻射特性有關(guān),硅電池αs=0.75,砷化鎵電池αs=0.89,三結(jié)砷化鎵電池αs=0.92。

圖5　聚光系統(tǒng)的傳熱模型

3.1　工作溫度對(duì)太陽(yáng)電池輸出性能影響分析

在本文2.6節(jié)給出的工作溫度對(duì)太陽(yáng)電池輸出特性定性影響分析基礎(chǔ)上,可進(jìn)一步通過(guò)公式(8)計(jì)算電池工作溫度TSC對(duì)開(kāi)路電壓Voc影響。

(8)

式中,Vgo=Ego/q,Ego為絕對(duì)零度時(shí)電池半導(dǎo)體材料禁帶寬度;γ與溫度有關(guān),通常取1～2。

按照公式(8)及文獻(xiàn)[16]方法計(jì)算得到工作溫度TSC=300 K時(shí)電池輸出特性如表1所示?？梢?jiàn),三結(jié)砷化鎵電池溫度特性優(yōu)于單晶硅和砷化鎵電池,因此其更適用于空間聚光太陽(yáng)電池。

表1　工作溫度TSC=300 K時(shí)電池輸出特性

公式(9)給出了電池溫度TSC與ISC的關(guān)系。

(9)

式中,A為二極管品質(zhì)因子,與溫度無(wú)關(guān)。

3.2　太陽(yáng)電池工作溫度計(jì)算

考慮到聚光比、太陽(yáng)電池特性與電池工作溫度的強(qiáng)相關(guān)性,在進(jìn)行聚光太陽(yáng)電池模塊設(shè)計(jì)時(shí),必須計(jì)算太陽(yáng)電池?zé)崞胶鈺r(shí)的工作溫度。本文在圖5傳熱原理基礎(chǔ)上進(jìn)行如下簡(jiǎn)化假設(shè):

1) 沿電池和基板厚度方向上的溫度梯度為零;

2) 航天器結(jié)構(gòu)與電池陣間不存在熱相互作用;

3) 地球輻射和反照對(duì)電池陣熱影響忽略不計(jì);

4) 忽略太陽(yáng)電池遮擋對(duì)基板散熱面積的影響。

根據(jù)上述條件建立太陽(yáng)電池-散熱基板傳熱模型見(jiàn)圖6,溫度平衡關(guān)系如公式(10)所示。

圖6　太陽(yáng)電池-散熱基板簡(jiǎn)化傳熱模型

(10)

(11)

式中，Lh為基板長(zhǎng)度,Lw為基板寬度,εt是基板發(fā)射率,TSC是太陽(yáng)電池工作溫度,ηΩ為散熱效率,通過(guò)(12)式計(jì)算

(12)

引入無(wú)因次參數(shù)ξ作為傳導(dǎo)參數(shù),表示為

(13)

則傳導(dǎo)效率ηΩ可表示為

(14)

可見(jiàn),傳導(dǎo)效率ηΩ與基板截面積(δhLw)、表面積(LhLw)、材料導(dǎo)熱系數(shù)σ0、表面輻射性質(zhì)εt、電池溫度TSC和溫度梯度有關(guān)。

根據(jù)上述公式,Chang等利用計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算得到ηΩ與ξ的關(guān)系如公式(15)所示。

(15)

基板散熱設(shè)計(jì)中,在確定基板材料及δh,Lw,Lh后,根據(jù)公式(13)計(jì)算得到ξ,代入公式(15)得到ηΩ,通過(guò)計(jì)算機(jī)迭代求解公式(10)得到TSC。

4　聚光太陽(yáng)電池模塊性能計(jì)算

4.1　計(jì)算模型

聚光太陽(yáng)電池模塊包括太陽(yáng)電池、透鏡、基板、透鏡支架,在分析計(jì)算時(shí)進(jìn)行如下假設(shè):不考慮電池互聯(lián)片、電纜重量及遮擋影響;考慮電池片粘接劑重量、尺寸及導(dǎo)熱影響;透鏡有效通光面積與幾何面積相同;太陽(yáng)偏角為0°,輻射強(qiáng)度Einc=1 353 W/m2。

由于聚光太陽(yáng)電池模塊各個(gè)參數(shù)高度耦合,故在滿足技術(shù)指標(biāo)要求的約束下,通過(guò)逐次迭代計(jì)算聚光電池模塊設(shè)計(jì)參數(shù),迭代計(jì)算流程如圖7所示。

圖7　聚光太陽(yáng)電池模塊參數(shù)計(jì)算流程

4.2　設(shè)計(jì)輸入

1) 設(shè)計(jì)要求

聚光太陽(yáng)電池模塊設(shè)計(jì)要求:模塊尺寸400 mm×100 mm,額定功率≥8 W,額定電壓≥10 V。

2) 太陽(yáng)電池

太陽(yáng)電池片采用表面粘貼摻鈰硼硅玻璃蓋片的三結(jié)砷化鎵電池,AM0輻射強(qiáng)度、300 K工作溫度下ηSC=32%,αs=0.92,JSC=14.4 mA/cm2,Voc=2.62 V,FF=85%,dVoc/dTSC=-0.6 mV/K,dηSC/dTSC=-0.19%/K,VMP=2.3 V,密度為4.4 g/cm3,δh=0.2 mm。

3) 聚光透鏡

聚光透鏡采用DC93-500硅樹(shù)脂線性菲涅耳透鏡,透光率為92%,密度為1.1 g/cm3。

4) 透鏡支架

透鏡支架采用VGCF/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料,密度為1.48 g/cm3。

5) 安裝基板

電池片安裝基板采用VGCF/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料,密度為1.48 g/cm3,傳熱系數(shù)為75 W/m·K,熱控涂層采用高發(fā)射率ZKS無(wú)機(jī)白漆,εt=0.93。

4.3　參數(shù)設(shè)計(jì)

按照?qǐng)D7所示流程及4.2節(jié)條件進(jìn)行聚光太陽(yáng)電池模塊參數(shù)計(jì)算,結(jié)果如下:

1) 透鏡尺寸為400 mm×100 mm,厚度為0.14 mm,重量為6 g;

2) 2個(gè)透鏡支架為拱形結(jié)構(gòu),厚度為1 mm,通過(guò)調(diào)整透鏡-電池間距離獲得不同的聚光比c,透鏡支架重量隨上述距離增大而增加;

3) 太陽(yáng)電池片長(zhǎng)度LSC=400 mm,寬度BSC=(100/c)mm,聚光比c為設(shè)計(jì)變量;300 K溫度下保證輸出電壓≥24 V,太陽(yáng)電池最佳工作電壓為2.3 V時(shí),需要12個(gè)串聯(lián),則單塊太陽(yáng)電池尺寸LSC=400/12=33.3 mm,BSC=100/cmm;

4) 基板長(zhǎng)度為L(zhǎng)w=100 mm、寬度為L(zhǎng)h=400 mm,厚度δh為設(shè)計(jì)變量。

4.4　參數(shù)計(jì)算

4.4.1TSC計(jì)算

本文利用FLUENT軟件進(jìn)行聚光太陽(yáng)電池工作溫度仿真分析,計(jì)算得到的聚光比為4,10,20的電池-基板組合溫度分布如圖8所示。

圖8　不同聚光比和基板厚度的太陽(yáng)電池工作溫度分析

由此得到的不同聚光比c和不同基板厚度δh時(shí)的電池溫度如圖9所示。其中,δh=2 mm,c=4時(shí),太陽(yáng)電池產(chǎn)熱量Qh=3 336 W/m2,電池工作溫度TSC=324 K,基板溫度為318 K;當(dāng)δh=3 mm,c=10時(shí),太陽(yáng)電池產(chǎn)熱量Qh=8 340 W/m2,電池工作溫度TSC=317.6 K,基板溫度為312 K。

圖9　TSC隨聚光比和基板厚度的變化趨勢(shì)

由圖9可知,隨著聚光比c增大,雖然電池表面熱流密度增大,但由于基板散熱面積也顯著增加,在基板導(dǎo)熱系數(shù)較大(75 W/m·K)時(shí),基板散熱效率較高,故電池工作溫度不升反降。

為了驗(yàn)證上述推論,對(duì)采用T300碳纖維復(fù)合材料基板(導(dǎo)熱率6.5 W/m·K,厚度2 mm)的太陽(yáng)電池工作溫度進(jìn)行計(jì)算,并與VGCF/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料基板進(jìn)行對(duì)比,如圖10所示。

圖10　不同導(dǎo)熱率基板的TSC隨聚光比的變化趨勢(shì)

由圖10可知:

1) 低導(dǎo)熱率基板電池工作溫度隨著聚光比的增加而上升,而高導(dǎo)熱率基板電池工作溫度呈下降趨勢(shì)。在聚光比為10且其他條件相同時(shí),6.5 W/m·K導(dǎo)熱率基板電池模塊最大功率Pmax相比75 W/m·K導(dǎo)熱率基板下降17.7%;

2) 當(dāng)聚光比為10時(shí),采用2 mm厚度的C-C復(fù)合材料基板可保證電池穩(wěn)定工作在315.7 K,相比293 K常溫工作狀態(tài),電池電壓衰減3%,效率衰減3.15%,滿足電池工作要求;

3) 在高聚光比條件下,采用高導(dǎo)熱率的碳纖維-環(huán)氧樹(shù)脂板材并涂覆高發(fā)射率涂層,可有效控制電池工作溫度在可接受范圍內(nèi),有利于聚光電池高效工作。

4.4.2JSC隨聚光比和基板厚度的變化

按照公式(1)計(jì)算得到短路電流密度隨聚光比變化如圖11所示。

圖11　JSC隨聚光比和基板厚度的變化趨勢(shì)

由圖11可知:

1) 相同厚度基板下,短路電流密度隨聚光比的增大而線性增大;

2) 改變基板厚度對(duì)JSC隨聚光比的變化曲線影響甚小;在本文中4種基板厚度下短路電流密度隨聚光比的變化曲線基本重合。

4.4.3Voc隨不同聚光比和不同基板厚度的變化

按照公式(2)計(jì)算得到不同基板厚度下電池Voc隨聚光比變化如圖12所示。

圖12　Voc隨不同聚光比和不同基板厚度變化的趨勢(shì)

由圖12可知:

1) 在相同基板厚度下,Voc隨聚光比的增大而增大。當(dāng)聚光比≤15時(shí),開(kāi)路電壓增大明顯;當(dāng)聚光比>15時(shí),開(kāi)路電壓的增大較平緩;

2) 在相同聚光比下,開(kāi)路電壓隨基板厚度的增加而增加。當(dāng)c=10,基板厚度從1 mm變?yōu)? mm時(shí),開(kāi)路電壓增大了0.09%,說(shuō)明基板厚度對(duì)電池開(kāi)路電壓Voc影響不大。

4.4.4Pmax隨聚光比和基板厚度的變化

依據(jù)表1中dηSC/dTSC=-0.9%/K以及公式(5)計(jì)算得到聚光電池效率。由于FF不隨聚光比變化,可采用移動(dòng)I-V曲線的方式,通過(guò)FF所框面積計(jì)算得到不同基板厚度下聚光電池最大功率Pmax隨聚光比變化如圖13所示。

圖13　Pmax隨聚光比和基板厚度的變化趨勢(shì)

由圖13可知:

1) 在相同基板厚度下,Pmax隨聚光比的增大而增大。當(dāng)聚光比≤15時(shí),Pmax增大明顯;當(dāng)聚光比>15時(shí),Pmax增大較平緩;

2) 在相同聚光比下,最大功率隨基板厚度的增加而增加。當(dāng)c=10,基板厚度從1 mm變?yōu)? mm時(shí),最大功率增大了2.6%;

3) 在保證以最大功率輸出情況下,所用太陽(yáng)電池的數(shù)量顯著減少,采用10倍聚光比可節(jié)約92%太陽(yáng)電池,體現(xiàn)了聚光技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

5　結(jié)　論

本文對(duì)聚光比、工作溫度和電池輸出參數(shù)等空間太陽(yáng)電池特性進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析，主要研究結(jié)果總結(jié)如下：

1)建立了聚光太陽(yáng)電池?zé)犭婑詈嫌?jì)算模型，系統(tǒng)性的提出了空間太陽(yáng)電池聚光系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程、計(jì)算方法和性能參數(shù)變化規(guī)律，可用于指導(dǎo)聚光太陽(yáng)電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)；

2)闡明了聚光比對(duì)空間太陽(yáng)電池聚光系統(tǒng)各個(gè)性能參數(shù)的全面影響規(guī)律，各個(gè)參數(shù)是有關(guān)聯(lián)的，必須綜合考慮并進(jìn)行優(yōu)化。聚光太陽(yáng)電池短路電流密度與聚光比成正比；低聚光比條件下，填充因子、轉(zhuǎn)換效率基本不受聚光比影響；最大輸出功率、開(kāi)路電壓隨聚光比的增大而增大，當(dāng)聚光比≤15時(shí)，最大功率和開(kāi)路電壓增大明顯，當(dāng)聚光比>15時(shí)，最大功率和開(kāi)路電壓增加平緩；

3)聚光太陽(yáng)電池工作溫度升高對(duì)開(kāi)路電壓、效率和輸出功率有不利影響，電池片散熱設(shè)計(jì)是影響聚光電池性能的關(guān)鍵因素，采用高導(dǎo)熱率基板可顯著降低電池工作溫度、提高最大功率，推薦使用高溫高壓成型的VGCF/環(huán)氧樹(shù)脂基板材料；

4)采用10倍聚光比可節(jié)約92%太陽(yáng)電池使用量?？紤]到太陽(yáng)電池安裝時(shí)的導(dǎo)線、二極管、互聯(lián)片還要占用一定的有效受光面積。因此聚光比不能太高，否則太陽(yáng)電池有效活性面積相對(duì)更小，不利于電池性能的發(fā)揮。而且高聚光比會(huì)導(dǎo)致焦斑與窄電池片需要很高的對(duì)準(zhǔn)精度，進(jìn)而對(duì)太陽(yáng)電池陣對(duì)日定向機(jī)構(gòu)精度要求高，會(huì)使得系統(tǒng)更為復(fù)雜。因此，建議聚光比為9～15時(shí)即可體現(xiàn)聚光優(yōu)勢(shì)，又可降低聚光透鏡組件展開(kāi)精度以利于工程實(shí)現(xiàn)。