CN110795826B - 应用于光伏建筑一体化的薄膜太阳能电池微透镜结构的优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种应用于光伏建筑一体化的薄膜太阳能电池微透镜结构的优化方法，包括以下步骤：构建初始玻璃衬底薄膜太阳能电池模型；通过控制决定微透镜结构的关键变量，在薄膜太阳能电池玻璃衬底上构建不同形状的微透镜结构，得到微透镜结构薄膜太阳能电池模型；在12个月中每个月取相同日期的一天，每天以两小时为步长，设立在7:00‑18:00内随太阳运动轨迹变化的太阳光源模型；针对采光顶，建筑立面，遮阳面三种光伏建筑一体化场景，以薄膜太阳能电池活性层入射面的太阳能辐射通量最大为目标进行优化设计，得到不同场景下性能最优的薄膜太阳能电池微透镜结构。本发明的优化方法简单，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种应用于光伏建筑一体化的薄膜太阳能电池微透镜结构的优化方法。
背景技术
太阳能作为清洁的可再生能源其储量丰富，易于收集，非常具有应用价值。光伏发电是利用太阳能资源的有效途径之一。建筑光伏一体化(BIPV)将光伏组件与建筑外围护结构相结合，从而构成建筑结构的一部分并取代原有建筑材料，是分布式发电的重要形式，同时也是薄膜光伏组件的重要应用场景。
设计和制备微透镜陷光结构以增大薄膜太阳能电池太阳光捕获效率是提高光电转换效率的有效手段。在现有的研究中，微透镜结构太阳电池的研究大多是在光线垂直入射条件下进行，与BIPV场景下，光线入射角受安装条件如局部纬度和朝向的影响，光线很大程度上偏离法向方向，并且随太阳运行轨迹动态变化的实际情况不符，造成研究所得的微透镜结构在实际应用中性能较差，对薄膜太阳能电池光电转换效率提升效果差，与预期不符。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种应用于光伏建筑一体化的薄膜太阳能电池微透镜结构的优化方法。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种应用于光伏建筑一体化的薄膜太阳能电池微透镜结构的优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、构建初始玻璃衬底薄膜太阳能电池模型；
步骤二、通过控制决定微透镜结构的关键变量，在薄膜太阳能电池玻璃前板上构建不同形状的微透镜结构，得到微透镜结构薄膜太阳能电池模型；
步骤三、在12个月中每个月取相同日期的一天，每天以两小时为步长，设立在8:00-18:00内随太阳运动轨迹变化的太阳光源模型；
步骤四、在步骤三中设立的太阳光源模型下，针对采光顶，建筑立面，遮阳面三种光伏建筑一体化场景，以薄膜太阳能电池活性层入射面的太阳能辐射通量最大为目标进行优化设计，得到不同场景下性能最优的薄膜太阳能电池微透镜结构。具体为，使用光学模拟软件进行不同微透镜结构薄膜太阳能电池的模拟，获取活性层入射面太阳能辐射通量最大的微透镜结构，并通过实验验证。
优选地，在步骤二中，所述不同形状的微透镜结构为V型、凹型、半圆型或椭圆型。
本发明的有益效果是:1、本发明的优化方法考量了太阳运行轨迹与不同BIPV应用场景对薄膜太阳能电池入射光线的影响，更贴近实际应用场景；
2、本发明的优化方法考虑了不同的微透镜结构，相互比较以获得最优的微透镜结构，可以满足不同应用场景与表面结构需求。
3、本发明的优化方法简单，实用性强。
附图说明
图1是本发明应用于薄膜非晶硅太阳能电池时的结构示意图；
图2为随太阳运动轨迹变化的太阳光源模型示意图；
图3是本发明中BIPV试验台的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。一种应用于光伏建筑一体化的薄膜太阳能电池微透镜结构的优化方法，包括以下步骤：
步骤一、构建初始玻璃衬底薄膜太阳能电池模型；
步骤二、通过控制决定微透镜结构的关键变量，所述关键变量为例如：V型槽结构为槽深与顶角角度，椭圆型微透镜结构为曲率与微透镜阵列间距，在薄膜太阳能电池1玻璃前板上构建不同形状的微透镜结构2，得到微透镜结构薄膜太阳能电池模型；步骤三、在12个月中每个月取相同日期的一天，每天以两小时为步长，设立在8:00-18:00内随太阳运动轨迹变化的太阳光源模型，图2为随太阳运动轨迹变化的太阳光源模型示意图，其中3为微透镜结构薄膜太阳能电池，4为太阳光源模型；
步骤四、如图3所示，在步骤三中设立的太阳光源模型下，针对采光顶5，建筑立面6，遮阳面7三种光伏建筑一体化场景，以薄膜太阳能电池活性层入射面的太阳能辐射通量最大为目标进行优化设计，得到不同场景下性能最优的薄膜太阳能电池微透镜结构。本例以非晶硅薄膜太阳能电池微透镜结构的优化设计为背景，基于典型的非晶硅薄膜太阳能电池结构构建太阳能电池模型；选取V型槽微透镜结构为研究对象，以V型槽结构的顶角角度与槽深为控制其结构的关键变量进行研究；构建顶角角度在60°-150°范围内变化，槽深在100μm-1000μm变化的微透镜结构太阳能电池；选取夏至日为设计日，构建8:00-18:00内，两小时为步长的，随太阳轨迹变化的太阳模拟光源；选取采光顶作为光伏建筑一体化的应用场景；通过Tracepro进行光学模拟，可以发现当V型槽微透镜的顶角角度为110°，槽深为300μm时，非晶硅薄膜太阳能电池微透镜结构具有最优性能。此时的微透镜结构薄膜太阳能电池相比无微透镜结构的薄膜太阳能电池，在活性层入射面的太阳能辐射通量上增长了16.28％，发电量增长了16.28％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种应用于光伏建筑一体化的薄膜太阳能电池微透镜结构的优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、构建初始玻璃衬底薄膜太阳能电池模型；
步骤二、通过控制决定微透镜结构的关键变量，在薄膜太阳能电池玻璃衬底上构建不同形状的微透镜结构，得到微透镜结构薄膜太阳能电池模型；
步骤三、在12个月中每个月取相同日期的一天，每天以两小时为步长，设立在8:00-18:00内随太阳运动轨迹变化的太阳光源模型；
步骤四、在步骤三中设立的太阳光源模型下，针对采光顶、建筑立面、遮阳面三种光伏建筑一体化场景，以薄膜太阳能电池活性层入射面的太阳能辐射通量最大为目标进行优化设计，得到不同场景下性能最优的薄膜太阳能电池微透镜结构。
2.根据权利要求1所述的应用于光伏建筑一体化的薄膜太阳能电池微透镜结构的优化方法，其特征在于：在步骤二中，所述不同形状的微透镜结构为V型、凹型、半圆型或椭圆型。
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