CN117725723A - 薄膜光伏凸型微透镜结构优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及薄膜光伏技术领域，特别是一种薄膜光伏凸型微透镜结构优化方法，包括以下步骤：获取需要优化的玻璃衬底薄膜光伏三维模型；在标准模型的前板构建微透镜结构，并通过控制凸面微透镜的半径与间隔，得到多种凸型微透镜结构薄膜光伏模型；在Trace Pro光学模拟平台，建立在7:00‑18:00内随太阳运动轨迹变化的太阳光源模型；基于建筑所处实际地理环境，选择建筑屋面与立面布置光伏的最佳倾角，在步骤三中设立的太阳光源模型下，使用Trace Pro光学模拟软件，获取活性层入射面太阳能辐射通量最大的凸型微透镜结构。本方法提高了凸型微透镜结构在实际应用中的对于薄膜光伏光电的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜光伏技术领域，特别是一种薄膜光伏凸型微透镜结构优化方法。
背景技术
作为可再生能源之一，太阳能资源分布广泛且具有取用不尽的巨大优势，光伏发电是利用太阳能资源的有效途径之一。太阳能电池的种类也十分丰富，并且对于光伏发电技术扩展与改进的研究仍在继续，而薄膜光伏技术因其柔性、轻质、便于安装等可观优势，展现出了独特的建筑集成应用潜力。建筑光伏集成化旨在将光伏组件与建筑立面、屋面等外围护结构结合布置，在保证建筑外观完整的情况下，使建筑可以产生清洁的电力，减少能源消耗。
薄膜光伏技术发展至今，虽具备诸多优势，但其光电转换效率相较于传统晶硅光伏仍然较低，是影响其使用量与市场占比的重要原因之一。光伏基底的凸型微透镜陷光结构可以提高薄膜光伏的太阳光捕获效率，是提高薄膜光伏光电转换效率的有效手段之一。目前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，但在建筑光伏集成化场景下，虽然可以通过计算设置光伏倾角，使光伏尽可能接收到更多的太阳辐射。但太阳运行轨迹时刻变化，使得阳光真正保持垂直入射的时间较少。
发明内容
本发明为了有效的解决上述背景技术中的问题，提出了一种薄膜光伏凸型微透镜结构优化方法。
具体技术方案如下：
一种薄膜光伏凸型微透镜结构优化方法，包括以下步骤：
步骤一、获取需要优化的玻璃衬底薄膜光伏三维模型；
步骤二、在标准模型的前板构建微透镜结构，并通过控制凸面微透镜的半径与间隔，得到多种凸型微透镜结构薄膜光伏模型；
步骤三、在Trace Pro光学模拟平台，建立在7:00-18:00内随太阳运动轨迹变化的太阳光源模型；
步骤四、基于建筑所处实际地理环境，选择建筑屋面与立面布置光伏的最佳倾角，在步骤三中设立的太阳光源模型下，使用Trace Pro光学模拟软件，对不同尺寸的凸型微透镜结构薄膜光伏组件进行模拟，获取活性层入射面太阳能辐射通量最大的凸型微透镜结构。
优选地，步骤二中、在标准模型的前板构建微透镜半径变化范围为1000μm至2000μm，变化间隔为200μm；微透镜间隔变化范围为100μm至1000μm，变化间隔为100μm的半圆柱型与凹型微透镜陷光结构，共构建若干组凸型微透镜陷光结构CIGS薄膜光伏模型。
优选地，步骤四中、以CIGS薄膜光伏凸型微透镜结构的优化设计为背景，基于典型的CIGS薄膜光伏结构构建太阳能电池模型；选取夏至日为设计日，构建7:00-18:00内，以两小时为步长的，随太阳轨迹变化的太阳模拟光源。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本方法提高了凸型微透镜结构在实际应用中的对于薄膜光伏光电的转换效率。
附图说明
图1是本发明应用于CIGS薄膜光伏时的凸型微透镜结构示意图；
图2为随太阳运动轨迹变化的太阳光源模型示意图；
图3是本发明在建筑光伏集成化场景下的太阳光源模拟示意图。
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。
如图1所示，一种薄膜光伏凸型微透镜结构优化方法，包括以下步骤：
步骤一、获取需要优化的玻璃衬底薄膜光伏三维模型；
步骤二、考量现有凸型微透镜加工工艺(常见凸面微透镜半径为0.5mm-5mm，微透镜间隔为100μm-1000μm)及研究现状，在标准模型的前板构建微透镜结构1，下方为CIGS电池2与光伏玻璃背板3。并通过控制凸面微透镜的半径与间隔，具体为：在标准模型的前板构建微透镜半径变化范围为1000μm至2000μm，变化间隔为200μm；微透镜间隔变化范围为100μm至1000μm，变化间隔为100μm的半圆柱型与凹型微透镜陷光结构，共构建若干组凸型微透镜陷光结构CIGS薄膜光伏模型；
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7:00-18:00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6为凸型微透镜结构薄膜光伏，4为太阳光源模型；
步骤四、如图3所示，基于建筑所处实际地理环境，选择建筑屋面5与立面7布置光伏的最佳倾角，在步骤三中设立的太阳光源模型下，使用Trace Pro光学模拟软件，对不同尺寸的凸型微透镜结构薄膜光伏组件6进行模拟，获取活性层入射面太阳能辐射通量最大的凸型微透镜结构。本发明以CIGS薄膜光伏凸型微透镜结构的优化设计为背景，基于典型的CIGS薄膜光伏结构构建太阳能电池模型；选取夏至日为设计日，构建7:00-18:00内，以两小时为步长的，随太阳轨迹变化的太阳模拟光源；通过Trace Pro进行光学模拟，可以发现当凸型微透镜半径为2000μm，微透镜间隔为700μm时具有薄膜光伏具有最优的光捕获性能，可提升0.83％的电池吸收层入射面全年辐射通量。
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 (3)
1.一种薄膜光伏凸型微透镜结构优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、获取需要优化的玻璃衬底薄膜光伏三维模型；
步骤二、在标准模型的前板构建微透镜结构，并通过控制凸面微透镜的半径与间隔，得到多种凸型微透镜结构薄膜光伏模型；
步骤三、在Trace Pro光学模拟平台，建立在7:00-18:00内随太阳运动轨迹变化的太阳光源模型；
步骤四、基于建筑所处实际地理环境，选择建筑屋面与立面布置光伏的最佳倾角，在步骤三中设立的太阳光源模型下，使用Trace Pro光学模拟软件，对不同尺寸的凸型微透镜结构薄膜光伏组件进行模拟，获取活性层入射面太阳能辐射通量最大的凸型微透镜结构。
2.根据权利要求1所述的薄膜光伏凸型微透镜结构优化方法，其特征在于，步骤二中、在标准模型的前板构建微透镜半径变化范围为1000μm至2000μm，变化间隔为200μm；微透镜间隔变化范围为100μm至1000μm，变化间隔为100μm的半圆柱型与凹型微透镜陷光结构，共构建若干组凸型微透镜陷光结构CIGS薄膜光伏模型。
3.根据权利要求1所述的薄膜光伏凸型微透镜结构优化方法，其特征在于，步骤四中、以CIGS薄膜光伏凸型微透镜结构的优化设计为背景，基于典型的CIGS薄膜光伏结构构建太阳能电池模型；选取夏至日为设计日，构建7:00-18:00内，以两小时为步长的，随太阳轨迹变化的太阳模拟光源。
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- 2023-11-06 CN CN202311462175.XA patent/CN117725723A/zh active Pending
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