图1:位于Fraunhofer 太阳能研究所屋顶上的太阳光跟踪装置。利用各种气象传感器可使CPV模块在 ±0.1°的精度范围来连续跟踪太阳光的入射角度。
对安装在太阳光跟踪装置上的CPV模块进行表征,每几分钟就对其进行发电IV曲线的测量。此外,还需要监测当时的气象条件,包括环境温度、风速、气压和湿度等,另外还要监测太阳光整体的垂直日照(GNI)和直接的垂直日照(DNI)强度,这些是通过安装在太阳跟踪器上的日照强度计(pyranometer)和直接日照强度计(pyrheliometer)进行测量后得到的。
通过测量DNI可以得到模块的转换效率,因为这与CPV模块用来发电的太阳光辐射强度相关。如果也知道GNI的话,可以通过计算DNI/GNI的比率就可以了解天空的清澈程度。
同时我们也可以用安装在跟踪系统上的摄像机进行拍照来确定天空的清澈度,这将能提供有关云层覆盖等非常有价值的信息。当云层位于太阳的边缘时,会影响到系统的跟踪性能,比方说它会干扰用来跟踪太阳位置传感器的工作状态。
对于多结太阳能电池结构来说,其中的各个子电池是以串联的方式相连接。这种结构上的缺点使得整个电池叠层所产生的电流会受到低电流子电池的限制。由于每个子电池吸收的是不同频谱的太阳光,因而其光敏感性比单结太阳能电池要高。然而,其电力产出在一年各季节上的变化却是与平板型光伏电池相似的。
太阳光的频谱分布可以采用光谱仪或使用基于测量大气参数的模型,例如气溶胶光学厚度等模型通过直接测量来得到。然而,如果希望能够直接估算太阳光谱对多结太阳能电池电流输出的影响,可以通过采用基于所谓的部件太阳能电池(也被称作是同质isotope太阳能电池)的简单方法,即它们具有与多结太阳能电池相同的结构,却只含有一个有源p-n结。
使用这种部件电池的一大优点是可以测试某个特定子电池的电流,却不会影响其它子电池所产生的电流,因为它们在电学上并没有激活。我们将这种类型的测量装置固定在太阳光跟踪系统中,使用了商用的“黑色光子”(Black Photon)传感器组件,该传感器组件包含有三个单元电池,对应于晶格匹配的三结太阳能电池中的三个子电池。
真实数据
我们对Flatcon CPV模块进行了一年多的数据记录,从中获得了10,000多条I-V曲线。这让我们了解到模块在转换效率上的变化与平板型太阳能电池是相似的(见图2)。要注意图中的转换效率是基于所测量的模块在太阳光直接垂直入射下的输出功率,并没有对直接的垂直辐射(DNI)强度、温度、风速和光谱状况等进行数据拟合。