閆素英，吳 澤，王 峰，馬曉東，王 濤，田 瑞

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菲涅爾高倍聚光PV/T系統(tǒng)熱電輸出性能模擬與試驗

閆素英1,2，吳 澤1，王 峰1※，馬曉東1，王 濤1，田 瑞1,2

（1. 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，呼和浩特 010051；2. 風(fēng)能太陽能利用技術(shù)省部共建教育部重點實驗室，呼和浩特 010051）

該文基于直通式微通道冷卻的菲涅爾高倍聚光PV/T系統(tǒng)熱電輸出性能的仿真和試驗進行研究，結(jié)果表明，太陽輻照度、聚光元件間的裝配距離、入射角及熱對流等對系統(tǒng)熱電性能的影響較大；太陽直接輻照度為226 W/m2時，菲涅爾透鏡與聚光元件間距離增大2 mm后，功率和電效率分別下降0.98 W和7.4%，對于確定的菲涅爾高倍聚光PV/T系統(tǒng)，存在最佳聚光元件裝配參數(shù)范圍；當(dāng)太陽直接輻照度一定時，冷卻工質(zhì)流量越大，電池表面溫度下降越快，但在較高流量時，隨著流量持續(xù)增大，電池表面溫度下降趨勢減?。划?dāng)入射角由0°增大至1°后，系統(tǒng)得熱量下降0.25 MJ，在太陽輻照度達到500 W/m2時，輸出功率下降6.35 W；試驗系統(tǒng)輸出性能穩(wěn)定，且適用于大型系統(tǒng)，該文研究為系統(tǒng)實際運行參數(shù)調(diào)控提供理論和試驗依據(jù)。

太陽能；輻射；菲涅爾聚光；PV/T系統(tǒng)；砷化鎵電池；熱效率；電效率

0 引 言

為降低光伏發(fā)電投資成本，提高能源利用率，國內(nèi)外學(xué)者對光伏/光熱系統(tǒng)及其輸出特性進行了廣泛研究[1-2]；Carlo等[3-4]通過有限元法建立聚光光伏光熱系統(tǒng)的動態(tài)模型，并對其性能進行了優(yōu)化；Natarajan等[5]對帶有強制冷卻系統(tǒng)的二維聚光PV/T系統(tǒng)模型進行了流動和傳熱特性分析；微通道以體積小、換熱效率高等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于電子芯片冷卻[6]，對于菲涅爾高倍聚光PV/T系統(tǒng)，冷卻砷化鎵電池對提高電池效率具有重要意義[7]。Zou等[8]將菲涅爾透鏡和三結(jié)砷化鎵電池結(jié)合建立聚光PV/T系統(tǒng)，其光電轉(zhuǎn)換效率為26.6%；Hussain等[9]研究了采用U型散熱器的菲涅爾聚光PV/T系統(tǒng)，Benabderrahmane[10]分析了太陽輻照度、環(huán)境溫度及工質(zhì)流量對系統(tǒng)熱性能的影響；Xu等[11-12]對幾何聚光比為1090的菲涅爾聚光PV/T系統(tǒng)進行了試驗研究，結(jié)果表明系統(tǒng)最高光電轉(zhuǎn)化效率可達28%；唐磊等[13]根據(jù)蒙特卡洛算法的基本原理，對模型特定區(qū)域內(nèi)的隨機變量進行統(tǒng)計以確定近似最大功率點；孫航等[14]針對相應(yīng)配置分別設(shè)計算例進行仿真研究，并與集中式最大功率點跟蹤結(jié)果進行對比分析，為顯著提高光伏陣列輸出效率建立理論基礎(chǔ)；付蕊[15]優(yōu)化設(shè)計了一種適用于多結(jié)太陽電池的高效聚光Fresnel透鏡，聚光效率均大于80%；金祝嶺等[16]針對一種菲涅爾式高倍聚光光伏光熱系統(tǒng)進行試驗研究。

本文將菲涅爾點式聚光與水冷換熱進行有效結(jié)合，冷卻高能流密度太陽電池時，對余熱進行收集，并分析不同因素對系統(tǒng)熱電性能的影響，以期為系統(tǒng)實際運行過程中調(diào)控散熱器入口參數(shù)提供理論和試驗依據(jù)。

1 試驗系統(tǒng)及研究方法

1.1 菲涅爾高倍聚光PV/T系統(tǒng)

本文所研究的菲涅爾高倍聚光PV/T系統(tǒng)是由12個圖1所示單片模組組成的系統(tǒng)模塊，每一塊聚光模組有12塊相同菲涅爾透鏡、12塊相同三結(jié)GaAs 太陽電池以及12個微通道散熱器，不同模塊可以組成菲涅爾高倍聚光陣列系統(tǒng)。為了方便研究與調(diào)控菲涅爾透鏡、GaAs電池及微通道散熱器之間的耦合匹配，將模組拆解成單片，單片結(jié)構(gòu)與模組熱電輸出性能一致，為了方便對比及穩(wěn)定性分析，本文試驗采用2套單片菲涅爾高倍聚光PV/T模組結(jié)構(gòu)，如圖1所示，組件包含菲涅爾透鏡，光漏斗，光棱鏡、三結(jié)砷化鎵電池芯片、陶瓷基板（PCB板）、微通道散熱。其中，菲涅爾透鏡、光漏斗及光棱鏡組成菲涅爾高倍聚光結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)幾何聚光比為1000，光學(xué)聚光比為811，光學(xué)效率為89.29%，接收角為1.09°；菲涅爾透鏡口徑為330 mm，焦距為480 mm，齒距為1 mm；光漏斗上底44 mm×44 mm，下底19 mm×19 mm，高27 mm；光棱鏡上底19 mm×19 mm，下底10 mm×10 mm，高40 mm；各部件材料均選用玻璃硅橡膠（silicon on glass），其折射率為1.41；散熱結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)如表1所示。

圖1 菲涅爾高倍聚光PV/T模組結(jié)構(gòu)圖

表1 散熱器結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)

圖2為微通道散熱器剖面圖，冷卻水由進水口流入散熱器，沿水流方向，先是進入左側(cè)腔體，然后進入微通道與電池芯片進行對流換熱，再匯流到右側(cè)腔體，由出水口流出。

圖2 微通道散熱器剖面圖

1.2 系統(tǒng)評價指標(biāo)

系統(tǒng)的熱效率th[14]為

系統(tǒng)的電效率e[14]為

式中為系統(tǒng)的聚光比；為太陽直接輻照度，W/m2；pv為三結(jié)砷化鎵電池芯片的面積，m2。為冷卻工質(zhì)（蒸餾水的質(zhì)量流量），kg/s；p,w為冷卻工質(zhì)的比熱容，J/(kg·℃)；out，in分別為微通道出口和入口流體溫度，K；m，m分別表示不同工作條件下最大功率點輸出的電壓(V)和電流(A)。

得熱量[17]為

式中u為循環(huán)水箱內(nèi)工質(zhì)體積s所含的得熱量，MJ；w為水的密度，kg/m3；s為水箱內(nèi)水的體積，m3；i為散熱器入口水溫，℃；v為循環(huán)水箱中水的溫度，℃。

1.3 數(shù)值模擬

在仿真模型中，換熱結(jié)構(gòu)屬于流-固耦合[1]，流體流動雷諾數(shù)范圍20<<2 000，微通道冷卻工質(zhì)作如下近似：三維穩(wěn)態(tài)可壓縮流體，無流動滑移，不計重力影響。邊界條件如下：

1）設(shè)電池表面為heat flux邊界條件，其表面能流密度是經(jīng)過菲涅爾三級聚光系統(tǒng)聚焦1 000 W/m2的太陽直接輻照度得到。

2）去離子水的密度、比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的關(guān)系按式（4）－式（7）計算。

式中為熱力學(xué)溫度，K。

3）每層結(jié)構(gòu)間設(shè)置interface，以保證網(wǎng)格的連接性。

1.4 試驗研究

菲涅爾高倍聚光PV/T模組試驗裝置如圖3所示，菲涅爾透鏡固定在跟蹤系統(tǒng)上，其焦距可調(diào)節(jié)，本文的研究是基于焦距480 mm不變的條件下，在該焦距下，系統(tǒng)光斑均勻性和接收面積均最佳；光漏斗通過支架固定在散熱器外包結(jié)構(gòu)上，光棱鏡底端則直接與電池芯片相連；砷化鎵電池與高導(dǎo)熱陶瓷基板（PCB板）層壓連接，并用導(dǎo)熱膠粘貼；微通道散熱器為鋁合金材料，具有導(dǎo)熱系數(shù)高的特點，PCB板與微通道散熱器焊接；散熱系統(tǒng)通過保溫材料保溫，并通過密封處理；冷卻水箱內(nèi)的工質(zhì)經(jīng)過散熱器，冷卻砷化鎵電池，在出口處流回該冷卻水箱，實現(xiàn)冷卻工質(zhì)的循環(huán)使用；冷卻水箱和流體流經(jīng)管路均經(jīng)過保溫處理。

聚光電池為三結(jié)砷化鎵電池，該電池芯片正常工作溫度為?40至100 ℃，最高耐受溫度為180 ℃，GaAs電池尺寸為10.1 mm×10.8 mm×0.195 mm。跟蹤裝置采用全自動雙軸跟蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含光敏探頭、位移機構(gòu)和控制箱。跟蹤方法采用光敏探頭的反饋驅(qū)動和跟蹤程序相結(jié)合的方式，即系統(tǒng)通過光敏探頭反饋太陽直接輻照的方位，同時，跟蹤程序驅(qū)動跟蹤系統(tǒng)，達到三維方位跟蹤，實現(xiàn)高度精準(zhǔn)跟蹤的目的?？刂葡淇蓪崿F(xiàn)自動跟蹤和手動跟蹤的切換，在系統(tǒng)初始化及跟蹤系統(tǒng)精度較低時，可手動調(diào)節(jié)，使聚焦準(zhǔn)確度提高，再切換為自動跟蹤模式，完成跟蹤系統(tǒng)的校準(zhǔn)。

圖3 試驗?zāi)＝M實物圖

試驗地點：內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市（40.85°N，111.67°E），測試光線入射角為0°，初始進口水溫為環(huán)境溫度20 ℃。試驗時間為4－7月份，本文選取4月份一個月內(nèi)晴天以及典型日的數(shù)據(jù)進行分析，試驗所用儀器相關(guān)參數(shù)如表2所示，熱電偶被布置于電池芯片背面中心和邊緣處，實時測量電池芯片溫度；鉑電阻被放置于保溫水箱、微通道散熱器進口和出口處，實時采集水箱和散熱器進出口水溫；渦輪流量計布置于水箱出口處以便對冷卻水流速進行測量；試驗通過TRM-JGFD數(shù)據(jù)采集儀對熱電偶、熱電阻、太陽直接輻射表、環(huán)境溫度傳感器、風(fēng)速儀測得的電信號進行采集，經(jīng)計算機軟硬件系統(tǒng)對采集得到的電信號分析處理后，得到實時數(shù)據(jù)，各信號的采樣時間間隔為1 min，分析不同影響因素對系統(tǒng)電性能的影響。

表2 測量儀器的測量范圍及精度

2 結(jié)果與分析

2.1 太陽直接輻照度對系統(tǒng)熱電性能分析

2.1.1 太陽直接輻照度對系統(tǒng)電效率的影響

由2套相同結(jié)構(gòu)模組系統(tǒng)典型日的測試數(shù)據(jù)分析可得，兩套系統(tǒng)試驗結(jié)果接近，如圖4，單片菲涅爾高倍聚光PV/T模組的發(fā)電功率與太陽直接輻照度的變化趨勢基本一致。功率隨著太陽直接輻照的上升而上升，隨著太陽直接輻照的下降而下降。太陽直接輻照度下降至500 W/m2以下時，功率的下降更加明顯。

圖5為太陽直接輻照度和系統(tǒng)實時輸出效率隨時間的變化趨勢圖?？梢钥闯?，系統(tǒng)的實時電效率與太陽直接輻照度的變化趨勢一致，其最大值為26%，對應(yīng)的太陽直接輻照度為最大值850 W/m2；熱效率穩(wěn)定在35%左右，與文獻[18]的試驗結(jié)果趨勢一致，太陽直接輻照度對系統(tǒng)熱電效率影響較大。

圖4 功率隨時間的變化

圖5 系統(tǒng)效率隨時間的變化

2.1.2 太陽直接輻照度對熱效率的影響

圖6為系統(tǒng)實測熱效率與仿真值的擬合，試驗當(dāng)日08:30～16:00太陽直接輻照度較高，最低值809 W/m2，最高值958 W/m2，試驗熱效率最高為38.7%，最低32.46%，同時仿真熱效率的變化規(guī)律與試驗實測結(jié)果一致，仿真值相比試驗值高5%，主要因為仿真沒有考慮環(huán)境風(fēng)速對散熱的影響。

圖6 系統(tǒng)熱效率對比

2.2 熱對流對系統(tǒng)熱電性能的影響

2.2.1 不同流量下系統(tǒng)熱性能

圖7為不同流量下電池芯片溫度隨時間的變化關(guān)系。在09:00－15:00，隨著太陽直接輻照度的升高，電池芯片溫度逐漸升高，在15:00時，電池溫度已經(jīng)上升至較高溫度，因此在15:00后隨著太陽直接輻照度的下降，在短時間電池芯片溫度并未出現(xiàn)下降趨勢，而是在半小時后開始緩慢下降；當(dāng)質(zhì)量流量為0.02、0.013 6和0.007 5 kg/s時，電池芯片溫度峰值分別為49.8、51.4和53.6 ℃?？梢姡?dāng)太陽直接輻照度一定時，冷卻工質(zhì)流量越大，電池表面的溫度越低，但在較高流量時，隨著流量的持續(xù)增大，電池表面溫度下降幅度減小。

圖7 冷卻水流速對電池溫度的影響

2.2.2 試驗與仿真對比

圖8、圖9分別為試驗實測的電池板背溫度、冷卻水溫度與仿真計算的對比。

圖8 試驗與仿真電池板背溫度對比

圖9 試驗與仿真冷卻水溫度對比

仿真計算的給定初始值與試驗監(jiān)測值一致，入口流量為0.013 5 kg/s，環(huán)境溫度取當(dāng)日平均值18.2 ℃，太陽直接輻照度取不同時間點的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)?？梢钥闯鲭姵匕灞硿囟群屠鋮s水溫度的仿真值均高于試驗值，但變化的趨勢基本是吻合的；其中冷卻水溫度試驗值與仿真值偏差均在5%內(nèi)。電池板背的溫度仿真值高于實測值，這是由于計算時未考慮風(fēng)速的影響。

2.3 聚光元件間的裝配距離對系統(tǒng)電效率的影響

為了研究聚光效果對太陽能電池輸出功率和電效率的影響，本文利用兩套試驗?zāi)＝M系統(tǒng)進行比對試驗。1#機的試驗參數(shù)保持不變，改變2#機的焦距，將菲涅爾透鏡與二、三級聚光器間的距離增大2 mm，得到功率和電效率隨太陽直接輻照度的變化。圖10為1#機與2#機的功率與電效率隨太陽直接輻照度變化的對比圖。從圖10中可以看出，在226 W/m2直接輻照強度下，2#號機的輸出功率和電效率分別比1#機下降0.98 W和7.4個百分點，下降18.6%和28.1%；851 W/m2直接輻照強度下，2#號機的功率與1#號機差值達到最大值5.20 W，下降25.7%，電效率下降7.1個百分點及25.0%；隨著太陽直接輻照度的增大，兩臺試驗儀器的功率逐漸升高，且兩儀器功率的差值呈增加趨勢，從0.99 W增大到5.20 W，電效率下降沒有明顯變化。在太陽輻照度達到500 W/m2以上時，1#機聚光效果更好，電池表面的能流密度更均勻，電池芯片產(chǎn)生的電流更大，因此功率的增幅也較大。

圖10 裝配距離對系統(tǒng)電效率的影響

2.4 入射角對系統(tǒng)熱電效率的影響

2.4.1 入射角對系統(tǒng)電效率的影響

圖11為入射角0°和1°條件下兩試驗裝置功率和光電轉(zhuǎn)化效率隨時間的變化情況，可以看出，1#機功率高于2#機，在206 W/m2直接輻照強度下，1#號機的功率比2#機高0.97 W，而且隨著輻照度的增大，兩系統(tǒng)間的功率差值也在增加，在太陽輻照度達到500 W/m2以上時，與2#機功率的差值逐漸增大，最大為6.35 W。電效率的變化趨勢與功率基本相同，兩系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化效率最大差值為9.6個百分點，隨著太陽輻照度的增加，入射角對電功率和電效率的影響增大。

2.4.2 入射角對系統(tǒng)熱效率的影響

圖12表示入射角為0°和1°條件下兩試驗系統(tǒng)得熱量隨時間的變化；入射角為0°的1#機得熱量由0.39 MJ增加到2.27 MJ。

圖11 入射角對系統(tǒng)電效率的影響

圖12 入射角對系統(tǒng)得熱量的影響

由于入射角的不同，隨太陽輻照量的增大，兩系統(tǒng)得熱量的差值也在逐漸增大[19]；在較低太陽輻照量時，得熱量的差值為0.13 MJ，隨著太陽輻照量的增加，在當(dāng)天試驗結(jié)束時，得熱量的差值增大到0.25 MJ。由于結(jié)構(gòu)一致，所以對于由12塊相同結(jié)構(gòu)模組組成的菲涅爾高倍聚光PV/T系統(tǒng)，以及菲涅爾高倍聚光PV/T陣列系統(tǒng)，入射角對其熱電輸出性能影響是一致的。

2.5 試驗誤差帶分析

本文選取4月份晴天數(shù)據(jù)進行穩(wěn)定性分析，并進行誤差帶分析。取太陽輻射強度相近的10 d數(shù)據(jù)，如圖13所示，分析10 d內(nèi)09:00－15:30，隨太陽直射輻照在400～900 W/m2范圍內(nèi)變化，系統(tǒng)輸出功率、電效率的變化規(guī)律?？梢钥闯?，10 d內(nèi)相同時刻，太陽直射輻照度和功率存在少數(shù)偏離平均值的點，是由于試驗當(dāng)天存在瞬間云層遮擋的現(xiàn)象，但總體比較10 d數(shù)據(jù)可知，同一時刻，系統(tǒng)輸出功率、效率隨著每天的太陽直射輻照度不同會變化，但是總體變化不大，結(jié)果在平均值上下波動，剔除異常點，輸出功率最大值為20.53 W ，比平均值高6.72 W，最小值為9.23 W，比平均值低3.71 W；電效率最大為26.66% ，比平均值高4.65%，電效率最小為17.49%，比平均值低3.09%，主要是由于每天的太陽輻射強度變化引起的，從圖13所示誤差波動帶可以認(rèn)為系統(tǒng)輸出基本穩(wěn)定。

圖13 系統(tǒng)輸出的穩(wěn)定性

2.6 經(jīng)濟性分析

Bosanac認(rèn)為，對于PV/T系統(tǒng)的經(jīng)濟性分析會受到相關(guān)政策的影響，因而即便對于同一套系統(tǒng)，在不同的時空環(huán)境下也缺乏統(tǒng)一的判定標(biāo)準(zhǔn)[20]。在工程實際應(yīng)用中系統(tǒng)在全壽命周期中的發(fā)電量是分析經(jīng)濟性的關(guān)鍵因素[21]。圖14為單塊電池菲涅爾高倍聚光PV/T模組的發(fā)電量，可知，4月份晴天日平均太陽直接輻照在600～800 W/m2的范圍內(nèi)，1#機10 d內(nèi)09:00－17:00的發(fā)電量如圖14所示，可知，日發(fā)電量隨日平均太陽直接輻照的變化，有所波動，但相對穩(wěn)定在日平均發(fā)電量0.1 kW·h左右。

圖14 系統(tǒng)發(fā)電量

3 結(jié)論與討論

本文對基于微通道冷卻的菲涅爾高倍聚光PV/T系統(tǒng)的熱電輸出性能進行了仿真和試驗研究，得出以下結(jié)論：

1）太陽直接輻照度對菲涅爾高倍聚光PV/T的熱電性能影響較大；系統(tǒng)熱性能的仿真計算值均與試驗實測系統(tǒng)實測結(jié)果吻合較好，冷卻水溫度偏差基本均在±5%內(nèi)。由于計算時未考慮風(fēng)速的影響，電池板背的溫度仿真值相對更高；冷卻工質(zhì)流量越大，電池表面的溫度越低，但在較高流量時，隨著流量的持續(xù)增大，電池表面溫度下降幅度減小。當(dāng)菲涅爾透鏡與聚光元件間增大2 mm時，系統(tǒng)功率下降，且隨著太陽直接輻照度的增大，功率下降程度增加。當(dāng)太陽輻照度高于500 W/m2，入射角從0°增加到1°時，功率的差值逐漸增大且最大值為6.35 W，同時在當(dāng)天試驗結(jié)束時，得熱量的差值增大到0.25 MJ。

2）通過對4月份晴天及典型日數(shù)據(jù)進行誤差帶分析表明，10 d內(nèi)相同時刻，系統(tǒng)輸出功率、效率在平均值上下波動，主要由于同一時刻太陽直接輻射強度不同引起的，輸出功率最大值為20.53 W，比平均值高6.72 W，最小值為9.23 W，比平均值低3.71 W；電效率最大為26.66%，比平均值高4.65%，電效率最小為17.49%，比平均值的低3.09%；4月份晴天日平均太陽直接輻照在600～800 W/m2范圍時，日發(fā)電量隨日平均太陽直接輻照的變化有所波動，但相對穩(wěn)定在日平均發(fā)電量0.1 kW·h左右。

根據(jù)試驗裝置的實測數(shù)據(jù)，入射角、聚光元件間的裝配距離等因素會對菲涅爾高倍聚光PV/T系統(tǒng)的輸出性能產(chǎn)生不同程度的影響，且隨著太陽直接輻照的增加，影響程度增大，由于結(jié)構(gòu)一致，所以對于由12塊相同結(jié)構(gòu)模組組成的菲涅爾高倍聚光PV/T系統(tǒng)，以及菲涅爾高倍聚光PV/T陣列，結(jié)論是一致的，即該結(jié)論也適用于大型系統(tǒng)。本文研究為系統(tǒng)實際運行過程中調(diào)控散熱器入口參數(shù)提供了理論和試驗依據(jù)，使得系統(tǒng)實際熱電效率、輸出功率最佳，以此提高太陽能綜合利用率并降低系統(tǒng)成本。

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Simulation and test of thermoelectric output performance of Fresnel high concentration PV/T system

Yan Suying1,2, Wu Ze1, Wang Feng1※, Ma Xiaodong1, Wang Tao1, Tian Rui1,2

(1.010051,; 2.010051,)

High concentration photovoltaic equipped with water cooling, have great potential in achieving cost-effective and clean electricity generation at utility scale, so a point-focus Fresnel high concentrating photovoltaic/thermal (PV/T) system with active cooling methods were proposed in this paper. The device consists of Fresnel lens, dual-axis tracking system, water circulation system, data acquisition system and support structure. An active thermal circulation with coolant fluid can enable heat transfer from the central receiver to a thermal load so that the dissipated heat is collected as usable energy. Water is used as the cooling fluid in the microchannel radiator. The dual-axis tracking system ensures that the high concentrating PV/T array tracks the sun accurately and the inverter helps to output electrical power at the maximum power point. The cooling water flows into the radiator from the water inlet, the GaAs battery is cooled, and the water flows back to the cooling water tank to realize the circulation. The influence factors on the thermoelectric performance of the system were investigated, including the direct irradiance of the sun, the assembly distance between the concentrating elements, the incident angle of the sunlight and the flow rate of the working water. The results showed that the temperature of the surface of the battery was decreased with the flow rate of the cooling water when the flow rate was below to the limit value, while it decreased at a slower rate with the increase of flow rate when the flow rate was higher than the limit value. The power and electrical efficiency were dropped to 0.98 W and 7.4 percent point, respectively, when the distance between the Fresnel lens and the 2nd/3rdstage concentrators was increased by 2 mm, and the direct normal irradiance value was 226 W/m2. Meanwhile, output powers of two experimental instruments were added with the increasing of irradiance, while the difference performance of the instruments was observed clearly. Therefore, it is essential to gain an optimal concentrating element assembly parameter range for the certain Fresnel high concentrating PV/T system. The heat absorption was decreased about 0.25 MJ with the incident angle increased from 0° to 1° and the output power was declined to 6.35 W when the irradiance was 500 W/m2. Direct normal irradiance was an important characterization factor affecting the thermal and electricity output. The results indicated that when the direct normal irradiance value was 850 W/m2, the highest photovoltaic efficiency value was 26% and the instantaneous thermal efficiency could be achieved to 35% at the same time, which meant the total solar energy conversion efficiency of the high concentrating PV/T system was more than 60%. The real-time electric efficiency of the system was consistent with the trend of direct normal irradiance. Power and electrical efficiency and the output characteristics of the system in the experiment were stable through analyzing errors of direct normal irradiance. The results obtained from this paper are also suitable for the large systems due to the experimental system was consisted with 12 modules. The results provide a reference for adjusting the inlet parameters of the heat exchanger during the actual operation of the Fresnel high concentrating PV/T system.

solar energy; irradiance; Fresnel concentrating system; PV/T system; GaAs cells; thermal efficiency; electrical efficiency

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.20.025

TK515

A

1002-6819(2018)-20-0197-07

2018-04-28

2018-09-05

國家自然科學(xué)基金資助項目（No.51766012）；內(nèi)蒙古草原英才資助（2016年度）；內(nèi)蒙古科技計劃（2016年度）；內(nèi)蒙古財政創(chuàng)新引導(dǎo)基金資助（2017年度）

閆素英，教授，博士，主要從事太陽能光熱、光電利用技術(shù)的研究。Email：yan_su_ying@aliyun.com.

王 峰，博士，主要從事納米材料特性研究。Email：wangfeng@imut.edu.cn

閆素英，吳 澤，王 峰，馬曉東，王 濤，田 瑞. 菲涅爾高倍聚光PV/T系統(tǒng)熱電輸出性能模擬與試驗[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2018，34(20)：197－203. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.20.025 http://www.tcsae.org

Yan Suying, Wu Ze, Wang Feng, Ma Xiaodong, Wang Tao, Tian Rui. Simulation and test of thermoelectric output performance of Fresnel high concentration PV/T system[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(20): 197－203. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.20.025 http://www.tcsae.org