基于线聚焦菲涅耳透镜的空间聚光光伏系统特性的实验研究

对线聚焦菲涅耳透镜的空间聚光光伏系统的特性开展了实验研究,以期解决工程设计时多参数合理匹配和选择的问题。通过研制由菲涅耳透镜—单晶硅太阳电池光伏组件、太阳模拟器和测试设备组成的实验装置,开展了菲涅耳透镜失焦距离、聚光比和太阳电池短路电流、开路电压、最佳功率、填充因子、效率、温度等之间的关系以及不同失焦距离和不同太阳光线横向偏角对聚焦宽度的影响的实验测试和实验分析工作。研究结果表明:聚光太阳电池性能随短路电流和最佳功率的提高而提高,短路电流和最佳功率分别随聚光比的增加而近似呈线性增大,开路电压基本不随聚光比变化;失焦距离变化引起透镜聚焦宽度变化,进而影响电池表面辐射强度和有效聚光比,应控制失焦距离在可允许范围内;太阳电池串联电阻对聚光太阳电池工作性能存在不利影响,需尽可能选择低串联内阻、高填充因子的太阳电池;应保证聚光太阳电池具有良好的散热条件;太阳光线横向偏角会导致聚焦宽度变大、聚光比减小,并使聚焦光线偏离太阳电池,应控制横向偏角在规定范围内。研究结果为线聚焦菲涅耳透镜空间聚光光伏系统工程设计提供了技术支持。

空间聚光电池阵用拱形菲涅耳透镜的设计与分析

基于拱形菲涅耳透镜的光学原理，建立了拱形菲涅耳透镜的透镜元棱角、棱高等结构参数的计算模型以及透光率、聚光能流密度和聚焦宽度等聚光性能参数的计算模型；基于空间用拱形菲涅耳透镜算例的计算结果分别进行了平面和拱形菲涅耳透镜的结构参数变化分析及聚光性能参数影响分析。分析了太阳光线横向偏角（0。～2。）和适度失焦等因素对拱形菲涅耳透镜特性的影响。结果表明，拱形菲涅耳透镜能够有效减少透镜的聚焦宽度，提高聚光比，并显著改善横向偏角对透光率的影响；其弯曲曲率对透光率的影响不大，透光率能够保持在85．89％～87．91％。与平面菲涅耳透镜相比，当存在透镜失焦和横向偏角时，如焦距与透镜孔径宽度的比值为0．8～1．0且透镜半径与焦距之比不大于1．0，则拱形菲涅耳透镜能够保持良好的光学性能。研究结果为空间聚光太阳电池阵上应用拱形菲涅耳透镜的工程设计提供了指导。