聚光光伏发电技术是利用菲涅尔透镜等聚光装置将太阳光汇聚在太阳电池表面而发电的技术。聚光装置聚光的同时也大量聚热,高温使得太阳电池的发电性能显著下降。此外,在真实的聚光光伏系统中,聚光后电池表面的光斑并不均匀,不均匀的聚光光照强度和不均匀的温度分布,令聚光太阳电池的性能更加不稳定。所以,光斑的非均匀性对聚光太阳电池的发电性能具有重要的影响。2002年,Mellor等人发现在非均匀光照下,太阳电池的开路电压、发电效率等参数都会有所下降。但是,XingY等人在2016年得出了看似“矛盾”的结论:在500倍聚光比的非均匀辐照下,当散热器与电池面积比为500时,电池发电效率并不会随着光照非均匀程度的增加而下降;当散热器与电池面积比为2500时,电池效率随着光照非均匀程度的提高而增加。看似矛盾的结论表明,聚光光伏冷却系统的换热强度会对非均匀聚光有关的结论产生影响。因此,本文将从理论角度分析影响聚光太阳电池性能的重要因素,而后分别讨论这些因素是如何影响电池的发电性能。首先,本文建立关于硅太阳电池的发电效率模型。由该模型聚光条件下光生电流的定义方程式可知,硅太阳电池的光生电流几乎仅与聚光比有关。然后,分别定量分析辐射复合、SRH复合、俄歇复合和表面复合对载流子的消耗情况,得出载流子的消耗数量关于外电路电压的方程式。求解该方程式,即可得出聚光条件下,太阳硅电池的电压、电流和转换效率等性能参数的关系式。分析得出,聚光硅太阳电池的发电性能影响因素主要有:聚光比、电池温度(冷却系统换热强度)和光斑非均匀程度。其次,根据二维圆柱型非稳态导热模型,建立关于硅电池的温度场模型。在求解离散方程组之后,采用交替方向隐式迭代法,编程计算得出硅电池的温度场。然后,已知电池温度场,根据效率模型,即可计算出不同聚光比,不同冷却效果以及不同光斑非均匀性条件下硅电池电压、电流和效率等性能参数的变化情况。最后分析得出,在非均匀聚光光伏系统中,太阳电池的短路电流和工作电流几乎只与聚光比(加权平均聚光比)有关,不受电池温度(冷却系统换热系数)和光斑非均匀程度的影响。当聚光比提高,电池的电流线性增加。当冷却换热强度一定时,硅电池的开路电压、工作电压和效率随着聚光比的增加逐渐减小。若加权平均聚光比不变,硅电池的开路电压、工作电压和效率会随着光斑非均匀程度的提高先略有增加而后逐渐下降。此外,不同的光斑分布情况,电池电压和效率达到最大值时的光斑非均匀比都有所不同。相同的聚光比和冷却条件,不同的光斑分布,电池受光斑非均匀程度的影响也不同。其他条件不变时,聚光光斑的主斑越大,同心圆环的环径越大,则电池受光斑不均匀程度的影响越小。