激光照射下光伏阵列背板热电阵列连接架构的确定方法技术

本发明专利技术公开了激光照射下光伏阵列背板热电阵列连接架构的确定方法，属于激光无线电能传输的技术领域。本发明专利技术从不均匀温升分布对热电阵列输出功率的影响出发，以各串联支路热电模块开路电压值之和相等且串联支路中各热电模块的开路电压值差异最小为目标优化光伏阵列背板热电阵列的SP架构，以各并联支路热电模块短路电流值之和相等且并联支路中各热电模块的短路电流值差异最小为目标优化光伏阵列背板热电阵列TCT架构，最后以输出功率最大的优化架构为光伏阵列背板热电阵列的最优连接架构，降低不均匀的温升分布对热电阵列输出功率造成的影响，从而获得较高的输出功率。

Determination method of thermal array connection architecture of photovoltaic array backplane under laser irradiation

The invention discloses a method for determining the connection structure of the photovoltaic array backplane thermoelectric array under the laser irradiation, belonging to the technical field of the laser radio energy transmission. The invention never uniform temperature distribution effect on the output power of the array thermoelectric, thermoelectric module series branch open circuit voltage and the voltage of the thermoelectric module and equal series branch values in the minimum variance optimization for photovoltaic array backplane thermoelectric array SP architecture, the parallel branch of thermoelectric module short-circuit current short-circuit current the thermoelectric module and the equal and parallel branch values in the minimum variance optimization for photovoltaic array backplane pyroelectric array TCT architecture optimization architecture finally to the maximum output power of photovoltaic array backplane connection architecture for optimal pyroelectric array, reduce the rise of influence on output power distribution caused by uneven temperature thermoelectric array, so as to obtain the output power high.

【技术实现步骤摘要】
激光照射下光伏阵列背板热电阵列连接架构的确定方法
本专利技术公开了激光照射下光伏阵列背板热电阵列连接架构的确定方法，属于激光无线电能传输的

技术介绍
由于有线能量的传输具有局限性，无线能量传输得到了越来越广泛的应用，而激光无线能量传输具有传输距离远、定向性好的优点，因此适合于对无人机、坦克、车辆等快速移动目标进行非接触充电。激光无线能量传输的系统结构框图如图1所示。光伏电池是激光接收端的重要组成部分，其构成材料种类很多，有多晶硅、单晶硅、砷化镓等许多其它种类的材料。然而，各种材料的光伏电池在常用激光波段的效率都较低(如图2所示)以及激光与物质存在的热效应共同导致了激光接收端的光电转换效率较低。激光接收端的光电转换效率大约只有20％～30％，其中，大部分的能量都以热能的形式散失了，这大幅降低了激光无线电能传输系统的供能效率。由于激光光束的能量密度按高斯分布，光伏电池板的温升也按高斯分布，因此，各温差不同的热电模块输出特性也不同。如果将输出特性差异较大的各热电模块简单串并联会使得热电阵列存在较大的功率损耗，从而降低了热电阵列的热电转换效率。因此，可以通过改变热电阵列的电气连接架构，降低不均匀的温度分布对阵列输出功率造成的影响，从而使阵列输出最大的功率。常用的连接架构如串并联(series-parallel,SP)结构(如图3(a)所示)、完全交叉联结(totally-cross-tied,TCT)结构(如图3(b)所示)多应用于光伏电池的连接架构中，然而对于热电阵列尤其是在激光照射下光伏电池板背板的热电阵列的连接架构研究很少。本申请旨在以光伏阵列常用的SP和TCT连接架构为基础，研究能够提高在激光照射下光伏电池板背板热电阵列效率的连接架构。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是针对上述
技术介绍
的不足，提供了激光照射下光伏阵列背板热电阵列连接架构的确定方法，从不均匀温升分布对热电阵列输出功率的影响出发，实现了激光照射下光伏电池板背板热电阵列最优连接架构的确定，解决了目前缺乏对激光照射下光伏电池板背板热电阵列连接架构的研究这一技术问题。本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：激光照射下光伏阵列背板热电阵列连接架构的确定方法，确定热电阵列的温度分布；根据热电阵列的温度分布并采用SP连接架构连接热电模块以形成光伏阵列背板热电阵列的SP架构，以各串联支路热电模块开路电压值之和相等且串联支路中各热电模块的开路电压值差异最小为目标优化光伏阵列背板热电阵列的SP架构；根据热电阵列的温度分布并采用TCT连接构架连接热电模块以形成光伏阵列背板热电阵列的TCT架构，以各并联支路热电模块短路电流值之和相等且并联支路中各热电模块的短路电流值差异最小为目标优化光伏阵列背板热电阵列的TCT架构；比较热电阵列在优化后SP架构下输出的最大功率、热电阵列在优化后TCT结构下输出的最大功率，选取最大功率值高的优化架构为光伏阵列背板热电阵列的连接架构。进一步地，激光照射下光伏阵列背板热电阵列连接架构的确定方法中，由表达式：确定热电阵列的温度分布，ΔT0,0为热电阵列坐标系中原点处热电模块的温升，i、j为在热电阵列坐标系中的横坐标、纵坐标，ΔTi,j为热电阵列坐标系中(i,j)处热电模块的温升，xi,j为热电阵列坐标系中(i,j)处到原点处的距离，σ为热电阵列温升分布形成的高斯分布的标准差。再进一步地，激光照射下光伏阵列背板热电阵列连接架构的确定方法中，以各串联支路热电模块开路电压值之和相等且串联支路中各热电模块的开路电压值差异最小为目标优化光伏阵列背板热电阵列的SP架构，具体方法为：将n个热电模块的开路电压值由大到小排列得到热电模块开路电压集合，根据各热电模块开路电压值之和以及热电模块的数目确定每条串联支路的开路电压值之和，从热电模块开路电压集合中取出前m个元素求得前m个热电模块的开路电压值之和，将热电模块开路电压集合的第m+1个元素作为其第一个元素，在前m个热电模块的开路电压值之和未超过每条串联支路的开路电压值之和时，从当前热电模块开路电压集合中选取最小值与前m个热电模块的开路电压值之和累加并将选取的最小值从热电模块开路电压集合中剔除，直至前m个热电模块的开路电压值之和超过每条串联支路的开路电压值之和时停止对前m个热电模块的开路电压值之和的累加操作，在前m个热电模块的开路电压值之和超过每条串联支路的开路电压值之和时，从当前热电模块开路电压集合中的第一个元素开始依次替代第m个元素，搜索出能够使前m个热电模块的开路电压值之和最接近每条串联支路的开路电压值之和的元素，从当前热电模块开路电压集合中搜索出的元素以及前m-1个元素所对应的热电模块构成一条串联支路，周而复始地，从当前热电模块开路电压集合中取出前m个元素求得前m个热电模块的开路电压值之和，并以前m个热电模块的开路电压值之和最接近每条串联支路的开路电压值之和为目标构造新的串联支路，直至m＝n时得到光伏阵列背板热电阵列的优化SP架构，m、n为正整数。再进一步地，激光照射下光伏阵列背板热电阵列连接架构的确定方法中，以各并联支路热电模块短路电流值之和相等且并联支路中各热电模块的短路电流值差异最小为目标优化光伏阵列背板热电阵列的TCT架构，具体方法为：将n个热电模块的短路电流值由大到小排列得到热电模块短路电流集合，根据各热电模块短路电流值之和以及热电模块的数目确定每条并联支路的短路电流值之和，从热电模块短路电流集合中取出前m个元素求得前m个热电模块的短路电流值之和，将热电模块短路电流集合的第m+1个元素作为其第一个元素，在前m个热电模块的短路电流值之和未超过每条并联支路的短路电流值之和时，从当前热电模块短路电流集合中选取最小值与前m个热电模块的短路电流值之和累加并将选取的最小值从热电模块短路电流集合中剔除，直至前m个热电模块的短路电流值之和超过每条并联支路的短路电流值之和时间停止对前m个热电模块的短路电流值之和的累加操作，在前m个热电模块的短路电流值之和超过每条并联支路的短路电流值之和时，从当前热电模块短路电流集合中的第一个元素开始依次替代第m个元素，搜索出能够使前m个热电模块的短路电流值之和最接近每条并联支路的短路电流值之和的元素，从当前热电模块短路电流集合中搜索出的元素以及前m-1个元素所对应的热电模块构成一条并联支路，周而复始地，从当前热电模块短路电流集合中取出前m个元素求得前m个热电模块的短路电流值之和，并以前m个热电模块的短路电流值之和最接近每条并联支路的短路电流值之和为目标构造新的并联支路，直至m＝n时得到光伏阵列背板热电阵列的优化TCT架构，m、n为正整数。作为激光照射下光伏阵列背板热电阵列连接架构的确定方法的进一步优化方案，热电阵列在优化后SP架构下输出的最大功率、热电阵列在优化后TCT结构下输出的最大功率由MPPT控制技术实时追踪。本专利技术采用上述技术方案，具有以下有益效果：针对目前缺乏对激光照射下光伏电池板背板热电阵列连接架构研究的这一现况，从不均匀温升分布对热电阵列输出功率的影响出发，以各串联支路热电模块开路电压值之和相等且串联支路中各热电模块的开路电压值差异最小为目标优化光伏阵列背板热电阵列的SP架构，以各并联支路热电模块短路电流值之和相等且并联支路中各热电模块的短本文档来自技高网...

【技术保护点】
激光照射下光伏阵列背板热电阵列连接架构的确定方法，其特征在于，确定热电阵列的温度分布；根据热电阵列的温度分布并采用SP连接架构连接热电模块以形成光伏阵列背板热电阵列的SP架构，以各串联支路热电模块开路电压值之和相等且串联支路中各热电模块的开路电压值差异最小为目标优化光伏阵列背板热电阵列的SP架构；根据热电阵列的温度分布并采用TCT连接构架连接热电模块以形成光伏阵列背板热电阵列的TCT架构，以各并联支路热电模块短路电流值之和相等且并联支路中各热电模块的短路电流值差异最小为目标优化光伏阵列背板热电阵列的TCT架构；比较热电阵列在优化后SP架构下输出的最大功率、热电阵列在优化后TCT结构下输出的最大功率，选取最大功率值高的优化架构为光伏阵列背板热电阵列的连接架构。

【技术特征摘要】
1.激光照射下光伏阵列背板热电阵列连接架构的确定方法，其特征在于，确定热电阵列的温度分布；根据热电阵列的温度分布并采用SP连接架构连接热电模块以形成光伏阵列背板热电阵列的SP架构，以各串联支路热电模块开路电压值之和相等且串联支路中各热电模块的开路电压值差异最小为目标优化光伏阵列背板热电阵列的SP架构；根据热电阵列的温度分布并采用TCT连接构架连接热电模块以形成光伏阵列背板热电阵列的TCT架构，以各并联支路热电模块短路电流值之和相等且并联支路中各热电模块的短路电流值差异最小为目标优化光伏阵列背板热电阵列的TCT架构；比较热电阵列在优化后SP架构下输出的最大功率、热电阵列在优化后TCT结构下输出的最大功率，选取最大功率值高的优化架构为光伏阵列背板热电阵列的连接架构。2.根据权利要求1所述激光照射下光伏阵列背板热电阵列连接架构的确定方法，其特征在于，由表达式：确定热电阵列的温度分布，ΔT0,0为热电阵列坐标系中原点处热电模块的温升，i、j为在热电阵列坐标系中的横坐标、纵坐标，ΔTi,j为热电阵列坐标系中(i,j)处热电模块的温升，xi,j为热电阵列坐标系中(i,j)处到原点处的距离，σ为热电阵列温升分布形成的高斯分布的标准差。3.根据权利要求1或2所述激光照射下光伏阵列背板热电阵列连接架构的确定方法，其特征在于，以各串联支路热电模块开路电压值之和相等且串联支路中各热电模块的开路电压值差异最小为目标优化光伏阵列背板热电阵列的SP架构，具体方法为：将n个热电模块的开路电压值由大到小排列得到热电模块开路电压集合，根据各热电模块开路电压值之和以及热电模块的数目确定每条串联支路的开路电压值之和，从热电模块开路电压集合中取出前m个元素求得前m个热电模块的开路电压值之和，将热电模块开路电压集合的第m+1个元素作为其第一个元素，在前m个热电模块的开路电压值之和未超过每条串联支路的开路电压值之和时，从当前热电模块开路电压集合中选取最小值与前m个热电模块的开路电压值之和累加并将选取的最小值从热电模块开路电压集合中剔除，直至前m个热电模块的开路电压值之和超过每条串联支路的开路电压值之和时停止对前m个热电模块的开路电压值之和的累加操作，在前m个热电模块的开路电压值之和超过每条串联支路的开路电压值之和时，从当前热电模块开路电压集合中的第一个元素开始依次替代第m个元素，搜索出能...

【专利技术属性】
技术研发人员：金科，龚文翔，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32