Energies：有机光伏太阳能电池的室外性能研究
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引言
有机光伏 (OPV) 太阳能电池是一种新兴的低成本清洁能源生产方案。与传统的光伏技术相比，OPV组件具有柔性、半透明等优势，但较低的光电转换效率、较差的稳定性等问题也阻碍了OPV太阳能电池技术的商业化。针对以上问题，来自意大利米兰理工大学的Alberto Dolara教授团队联合埃尼可再生能源研究中心的Iacopo Trattenero研究员在 Energies 期刊发表了文章， 研究比较了OPV模块与传统光伏模块 (晶体硅mc-Si和铜-铟-硒CIS) 在不同辐射水平和环境温度下的工作性能，分析了在不同方向上垂直安装OPV模块的发电潜力。
实验与测试
本研究开展了两个实验活动，用于分析比较OPV与其他光伏技术的性能。第一个实验活动分析了OPV模块与其它光伏技术在不同辐射强度和不同环境温度下的工作性能，第二个实验活动分析了OPV模块在不同太阳辐射条件下的发电潜力。实验过程中采用的光伏组件参数包括：最大功率 (P mpp )、最大电压 (V mpp )、最大电流 (I mpp )、开路电压 (V oc ) 和短路电流 (I sc )。此外，标准测试条件 (STCs) 为：太阳辐照度1000 W/m 2 ，电池温度25 °C，空气质量1.5；标准模块工作条件 (NMOT) 为：太阳辐照度800 W/m 2 ，环境温度20 ℃，空气质量1.5，风速1 m/s。
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测试地点： 米兰理工大学能源部的屋顶；
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光伏组件朝向： 东南方向，方位角为-6°30’ (0°表示南方向，正号表示顺时针)；
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环境条件测量仪器： 太阳辐照度传感器、风速/方向传感器、温度-湿度传感器和雨水收集器；
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数据采集系统： 数据采集系统由PC机、I-V示波器、光伏组件温度采集系统等子系统组成 (图1)。
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OPV模组： 采用OPV-A和OPV-B两种OPV组件，比较了OPV与传统光伏技术的差别；采用OPV-E、OPV-S和OPV-W三种OPV组件，分析了不同安装方向时的发电潜力。
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OPV与传统光伏技术的比较方法： 对比了OPV与传统光伏组件的V oc 、I sc 、V mpp 、I mpp 和P mpp 等参数；对比了不同季节 (历时约4个月) 的I-V曲线；
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垂直安装OPV模块的发电潜力： 历时大约5个月，在测试期内根据I-V曲线在特定时间范围内提取的最大功率的时间积分，用于分析OPV的发电潜力。
图1. 数据采集系统示意图。
结果与讨论
1. 不同光伏技术在不同辐射强度和不同环境温度下的工作性能：
图2. 不同电池温度下光伏组件的 (a) 相对开路电压和 (b) 相对短路电流变化。
2. 垂直安装OPV组件的发电潜力：
研究还分析了在不同方向上垂直安装OPV组件时的发电潜力。如图3所示为实验期内的水平总辐射 (GHI)、温度分布；图4所示为晴朗时OPV组件的参数测试结果，此时OPV-S的效能比 (PR) 高于OPV-W，这是因为OPV-S能够全天接收全局辐照度，而OPV-W在每个晴天中只有一半时间能够接收全局辐照度，其余时间只接收漫反射辐照度；图5所示为阴天时OPV组件的参数测试结果，此时OPV-S与OPV-W的效能比差异较小。整个测试期的研究结果表明：OPV-S的PR高于OPV-W (大约4%)，该结果说明OPV模块在直接辐照下具有更高的转换效率。
图3. 实验期间内的天气条件： (a) GHI； (b) 环境温度。
图4. 实验期间内晴朗时OPV光伏组件的P mpp 、V mpp 、I mpp 和V oc 、I sc 。
图5. 实验期间内阴天时OPV光伏组件的P mpp 、V mpp 、I mpp 和V oc 、I sc 。
研究总结
本文对比研究了OPV组件与传统光伏技术在不同辐射水平、环境温度下的工作性能，分析了在不同方向上垂直安装OPV组件的发电潜力。 在恒定的辐照度和不同的组件温度条件下，OPV组件的V mpp 值基本不变，I mpp 值随电池温度增大而增大，导致最大功率P mpp 值随电池温度增大而增大，而mc-Si和CIS光伏组件的V mpp 线性下降，I mpp 几乎不变，这导致了其P mmp 随电池温度增加而线性下降；对于垂直安装的OPV组件，晴朗天气时，朝南OPV组件的PR较高 (OPV-S > OPV-W)，而在阴天时两者的PR相差无几，说明OPV组件在直接辐照下具有较高的转换效率，也证明了OPV组件在散射辐照下也具有良好的光电转换能力。 研究结果为OPV的实际应用提供了参考。
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原文出自 Energies 期刊：
Dolara, A.; Leva, S.; Manzolini, G.; Simonetti, R.; Trattenero, I. Outdoor Performance of Organic Photovoltaics: Comparative Analysis. Energies 2022 , 15 , 1620.
Energies 期刊介绍
主编 ： Enrico Sciubba, University of Roma Sapienza, Italy
期刊主要关注能源动力工程研究相关各个领域的最新研究成果、工程技术开发以及能源政策经济管理。
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2022 Impact Factor |
3.2 |
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2022 CiteScore |
5.5 |
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Time to First Decision |
16 Days |
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Time to Publication |
40 Days |
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往期回顾
特约撰稿人：赖寿强博士研究生。
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