光伏电池和太阳能转换器的效率潜力

图9.4　(a)测得的已成熟的聚光器系统的光强分布，对应的菲涅尔透镜没有从镜曲线1和有从镜曲线2;(b)照射到给定半径的光圈上的部分能量，曲线1为没有从镜，曲线2为有从镜

然而，可得到的商用菲涅尔透镜的材料(甲基丙烯酸甲酯，PMMA)在户外的稳定性较差。最近，有人研发出一种混合结构的菲涅尔透镜技术:这种微棱镜采用透明的硅橡胶为材料，表面用硅玻璃薄板作为保护层［26，27］。这项成熟的制备工艺可以生产出总面积为0.5 m2的单片透镜。由于采用了具有高度稳定性的硅玻璃，它可以保护以硅橡胶为材料的菲涅尔透镜，同时硅橡胶在户外条件下也具有很好的稳定性，因此，这种新型的菲涅尔透镜具有更好的环境稳定性。它在光伏聚光器的制备以及低成本的STPV系统中都具有非常大的应用前景。

9.2.2　太阳能TPV系统的发射器

在太阳能TPV系统中，太阳光被集中到发射器上，因此，发射器应当满足的首要标准是:它应当以最大可能的效率吸收能量，并把能量转移给太阳电池。在选择发射器参数时，要求对其温度进行优化。为了方便，这里引入一个叫“发射效率”的参数。发射效率是指照射到光伏电池上的那部分有用的能量与发射器发射的总能量(包括通过光圈的那部分)的比值。光圈的大小取决于聚焦系统的面积和聚光比的大小。在光圈大小一定的情况下，发射器效率越高，它的尺寸越大，温度越低。聚光比增大时，光照从光圈中出来，导致辐照面积减小，从而导致同样大小的发射器的效率提高，或者换句话说，同样大小的发射器的温度升高。在优化系统时，发射效率这项参数是非常重要的。但是，对一个以可燃气和太阳能混合驱动的STPV混合系统来说，可以设定一个相对很大的发射效率值，从而可以忽略发射效率对系统的影响。在这种情况下，发射器的温度由气体燃烧决定，同时，太阳能的利用节省了燃料消耗。

吸收太阳能的最好材料之一是多晶SiC，它对可见光区和红外光区的吸收效率可达85%～95%［28］。此外，这种材料可在空气中被加热到1 700℃，然而，这种多晶SiC的热辐射光谱不适合用于光电转换，这是因为其多数发射光子的能量都低于太阳电池的能带间隙(图9.5)，并不能被转换成电能。对于高效率的TPV发生器，这些低能量辐射应该被回收利用。基本上有两种回收方法:把未被使用的辐射反射回发射器或者使用具有选择性发射光谱的发射器材料。第一种方法可以在发射器和光伏电池间放置一个不吸光的选择性过滤器，或者通过在光伏电池的下面插入背面镜的方法来实现。选择性过滤器可以通过在IR镜面(即所谓的二维光子晶体)［20，32，33］上添加纹理结构或采用多层涂料的方法得到［20，29～31］。在应用背面镜的情况下，镜子可以放置在太阳电池的背面，并保证对红外辐射有透过性［34～38］。