三江学院 电子信息工程学院 李 路 钱 健

聚光太阳能电池测试平台的设计

三江学院 电子信息工程学院 李 路 钱 健

【摘要】本文设计了一套具有中高倍数聚光太阳能电池测试平台，通过本平台可以测试出在中高倍点聚光的条件下半导体III-V族多结太阳能电池及硅电池的热学及电学特性。测试结果包括聚光倍数、光斑密度、电池IV特性曲线等参数。

【关键词】太阳能；聚光电池；测试平台

1.引言

聚光光伏发电技术是利用聚光光学元件将平行的太阳光聚焦到太阳能电池上，以实现光伏发电的目的。通过光学元件对太阳光的会聚，使到达太阳能电池的光强大大增加，进而提高太阳能电池的光电转换效率，在提高转换效率的同时又节省了太阳能电池使用的材料［1-2］。因此聚光太阳能电池的开发和使用是目前的研究热点，由于聚光太阳能电池的复杂性，与其对应的测试平台和测试方法也存在着一定的困难，本文设计了一套具有中高倍数聚光太阳能电池综合测试平台，其主要特点可以对聚光倍数、光斑密度、电池IV特性曲线等参数进行测量。

2.测试光路搭建

图1为聚光太阳能电池的基本结构，光学系统包括菲涅尔透镜、二次透镜，由于光线会聚后会提高太阳能电池的温度从而影响其性能甚至产生危险，因此电池背面还配有吸热材料层［3］。

图1 聚光太阳能电池的基本结构

针对这种类型的聚光电池测试要比普通的硅太阳能电池复杂的多，因此测试平台是由光学系统、太阳能电池温度控制夹具、测试系统三部分组成。

光学系统部分的核心部分为稳态氙灯太阳模拟器光源，如图2所示，光源室采用背面光反射镜结构，光收集效率提升50%以上，光源输出平行光光斑直径为46mm，光谱范围为200-2500nm，其色温能够达到6000K，基本接近于太阳光。使用透镜组达到100倍的聚光倍数并用准直镜进行准直，选择不同的聚光透镜和变化模拟器的输出电流来实现聚光倍数的变化，并通过光功率计监测聚光倍数，即可实现聚光倍数的可调。

太阳能电池温度控制夹具包含了温控夹具，水冷机组，真空泵及位移平台，用来吸附电池并控制电池温度。测试系统包括了吉时利数字源表、光功率计、Fluke 数据采集仪，热电偶，用来进行电学，光学及热学参数测量。

图2 稳态氙灯太阳模拟器光源

3.测试流程

图3 中高倍数聚光太阳电池I-V测试流程图

图3为中高倍数聚光太阳能电池I-V特性曲线测试流程图，测试方法是建立在传统晶硅电池测试标准的基础上的，但与传统的硅电池测试流程不同的是，聚光电池实际工作温度波动范围较大，对电池工作特性的测试有很大的影响，有待于进一步校正出标准条件。

4.结论

通过对聚光太阳能电池测试平台的设计，形成了一套可以测试聚光倍数、光斑密度及电池I-V特性曲线的测试系统，解决了聚光太阳能电池与传统硅电池相比测试难度大的问题。

参考文献

［1］袁爱谊，王亮兴.聚光光伏发电技术研究与展望［J］.上海电力，2009（1）∶13-18.

［2］田玮，王一平，韩立君，等.聚光光伏系统的技术进展［J］.太阳能学报，2005，26（4）∶597-604.

［3］陈志明，张丽，董前民，梁培.菲涅尔透镜聚光倍率测试系统研究［J］.传感器与微系统，2012，31（11），64-66.