不同聚光倍数下太阳电池的特性及仿真

聚光太阳系统的转换效率较高主要原因为该系统是将聚光器与多结太阳电池进行组合所得。主要以单个二极管模型的等效电路为依据,通过建立三结聚光叠层太阳电池的数学模型,对不同聚光倍数下(200~1 000X)太阳电池的电学特性进行研究,并将实测值与理论值进行比较。结果表明,当聚光比增大时其短路电流、开路电压和电池功率均会增加,而电池效率则出现先升高后下降的趋势。经比较得到,理论值均大于所得实测值,且当聚光比增大时计算误差也会随之增大,但计算误差的最大值均小于7.5%。     

温度对光伏电池转换特性影响的理论及实验研究

根据光伏电池的转换特性,详细分析温度对光伏电池开路电压、短路电流、填充因子及转换效率的影响。并设计测试平台,对多晶硅光伏电池实际输出转换效率的温度特性进行了实验研究。结果表明,硅光伏电池输出开路电压随温度升高的减少率约为-2.3mV/K,理想填充因子随温度升高的减少率约为-4.5×10-4/K,短路电流随温度增加而增大,其随温度升高的增加率约为1.21mA/K。总体而言,光伏电池转换效率随温度增加而减少。同时,实验结果也证明多晶硅光伏电池实际输出效率随其温度升高的减少约为-0.22%/K,实验结果与理论分析基本一致。研究结果为光伏系统的优化设计提供了理论及实验基础。     

聚光和冷却条件下砷化镓电池特性研究

为了能够更有效地提高太阳能综合利用效率,首先建立了在聚光条件下能够反映砷化镓光伏电池热、电特性的模型,然后利用该模型对电池的输出特性进行计算,根据计算结果分析了传热过程中的冷却热阻对电池温度、光学转换效率以及电能输出功率的影响。实验研究了砷化镓电池阵列的I-U曲线、填充因子FF以及转换效率h随聚光比的改变而改变的变化情况;同时也从实验角度探讨了电池工作温度对FF、h和最大输出功率Pm的影响。该研究为聚光和冷却条件下的光伏电池热电联供PV/T系统的设计与优化提供了依据。     

辐伏同位素电池开路电压与温度关系分析

单晶硅PN结换能单元辐射伏特效应同位素电池(简称辐伏电池)开路电压温度效应很明显,通过分析与辐伏电池开路电压相关的因素,认为基本参数中基层掺杂浓度和短路电流对开路电压与温度的关系有显著影响,而顶层掺杂浓度影响非常小。大的基层掺杂浓度和短路电流对于较高温度环境中辐伏电池输出开路电压是有利的。     

光伏电池的建模与仿真研究

由于目前光伏电池的仿真模型大多只针对特定型号的电池而建立,导致所建立的仿真模型不具备通用性。对微电网中光伏电池的输出特性进行了研究,在对光伏电池数学模型分析的基础上,利用matlab/simulink平台建立了光伏电池的通用仿真模型,只需要光伏电池的开路电压、短路电流、最大功率点电压和最大功率点电流4个参数便可以利用该仿真模型进行光伏不同型号的光伏电池的仿真。通过对所搭建的光伏电池仿真模型进行仿真测试,得到不同环境温度和光照强度下光伏电池的I-V和P-V特性曲线,并对仿真结果进行分析,发现仿真所得的光伏电池最大输出功率、开路电压和短路电流随环境温度和光照强度的变化趋势与理论分析相吻合,验证了模型的正确性。     

聚光光伏量测方法国家标准的研究

随着砷化镓多结电池外延技术日趋成熟和聚光光伏系统应用规模化,相应的量测水平应尽快提高,量测标准也应逐步制定.主要针对聚光光伏产业国内外标准制定现状和建立聚光光伏量测标准必要性展开阐述,分别从标准条件、测试光谱、量测设备和标准电池等方面分析了建立聚光光伏量测标准所面临的困难和挑战,并从户外测试电池温度、组件功率与可接收角关系以及发电量标定方面对制定国家标准提出了建议.     

单晶硅与非晶硅薄膜光伏组件的光电特性研究

为了研究单晶硅和非晶硅三结叠层光伏组件在不同辐照强度下所表现出来的不同光电特性,采用对比测试和理论模拟的方法,分析辐照强度对这两种太阳电池光电特性的影响:对非晶和单晶硅组件而言,辐照强度引起组件的电流呈线性变化,电压变化较小,通过对比分析电流和电压的斜率,可以得到电流更容易受辐照强度变化的影响;随辐照强度的增强,单晶硅组件的填充因子和效率是先增大后减小,三结叠层非晶硅组件的填充因子先增大后减小,然而效率是持续增大的。     

32％效率三结砷化镓太阳电池设计与在轨应用

采用晶格小失配的GaInP/GaInAs/Ge三结砷化镓太阳电池结构,通过增加顶电池与中电池中In组分,选取带隙组合为1.87 eV/1.35 eV/0.67 eV的结构体系,使顶、中电池光吸收下限分别红移15和40 nm左右,提高了三结砷化镓太阳电池的电流密度,提升了太阳电池光电转换效率,研制出平均光电转换效率为32%(AM0,25℃)的三结砷化镓太阳电池。该太阳电池已成功应用于PakTES-1A卫星太阳电池阵,入轨初期由其SG1与SG5子阵在轨电流数据计算对比地面同工况测试结果,差异仅为-0.2%和0.5%。产品可用于后续航天器高效率太阳电池阵。     

离子源在太阳电池减反射膜沉积中的应用研究

在无烘烤条件下,使用离子源辅助沉积技术进行空间用三结砷化镓太阳电池(GaInP/GaInAs/Ge)的减反射膜沉积。对比不同离子源参数下的减反射膜薄膜折射率、太阳电池表面反射率、短路电流及转换效率增益,分析出当阳极电压为150～180 V、束流为5～6 A时可获得较好的增益效果。通过太阳电池外量子效率测试发现,由辅助沉积粒子所引起的电池结构损伤主要表现为顶结电池的光谱响应下降。     

常规太阳能电池低倍聚光条件下的特性研究与应用

为了更好地实现光伏发电效率的最大化,在对常规单晶硅光伏电池光伏特性研究的基础上,研制带有冷却系统并且聚光倍数可调的光伏发电系统,以探究聚光光伏电池输出功率与聚光比之间的关系。通过理论推导和实验验证,得到当聚光倍数在1~50倍变化范围内的变化关系:在室内温度一定的情况下,存在一个聚光比极限,在未达到聚光比极限时,光伏电池输出功率随着聚光比的增加而提高,当达到聚光比极限后,输出功率随着聚光比的增大而减小。原因是随着聚光比的增加,光伏电池的温度急剧增加,影响输出功率。因此,在设计聚光系统时要增加有效的散热系统,以此提高光伏系统输出能力。     

GaAs/Ge太阳电池抗电子辐射研究

锗砷化镓(GaAs/Ge)太阳电池抗电子辐射试验研究是高性能航天应用太阳能电源的基础研究项目。对这种电池进行了1×1013e/cm2 、1×1014e/cm2 、6×1014e/cm2 、1×1015e/cm2、1.69×1015e/cm2 等辐射总量的试验。在1×1015e/cm2辐射下,开路电压、短路电流和转换效率分别衰减了9.27%、11.25%和19.35%。电子辐射后,电池在长波长方光谱响应衰降较多,电池深能级瞬态谱分析表明带隙中引入了0.42 eV、0.43 eV的深能级。为提高电池的耐辐射性能,要改进电池制作工艺,提高电池各半导体层均匀性,减小电池结深和减小电池有效部分的厚度。     

Culnse_2/CdS薄膜太阳电池的制备工艺

分别用三源共蒸发法和双源共蒸发法制备出CuInSe_2(简称CIS)膜和CdS膜,p型CIS与n型CdS组成异质结太阳电池.提高此种太阳电池性能的关键是必须严格控制工艺条件使CIS膜达到合适的组分比和电阻率.在空气中退火能大幅度提高太阳电池性能.     

利用再生晶圆制作太阳电池之研究

能源问题与人类生活关系密切。太阳电池产业将会是未来的重要能源科技之一。因此,本文主要研究以半导体晶圆为材料,通作制作工艺条件的研究与改进以提升太阳电池的发电效率,并讨论了利用半导体厂的报废晶圆制作太阳电池,这不仅可以节省材料成本,还可使工厂报废晶圆的价值发挥到极致。     

质子辐射下GaAs/Ge太阳电池的性能退化

对GaAs/Ge太阳电池进行了质子辐射实验.质子辐射的能量为70～170 keV,辐射的剂量为1×109～3×1012 cm-2.研究结果表明,GaAs/Ge太阳电池具有一定的抗辐射性能;能量小于200 keV的质子辐射中,质子辐射能量相同条件下,随辐射剂量的增加,电池性能参数短路电流Isc、开路电压Uoc、最大功率Pm和填充因子FF衰降增大;质子辐射 剂量相同条件下,辐射能量越高,太阳电池性能衰降越大;在所有测试参数中,最大功率Pm的退化最为明显.     

新型纳米太阳电池研究进展

分析了基于不同纳米材料的新型太阳电池的基本概念,如基于纳米线的径向pn结太阳电池、染料敏化太阳电池、纳米量子点太阳电池,简述了它们的各自特点及近期的研究进展.预期了高效率、低成本的纳米太阳电池将会对未来光伏产业发展产生的重要影响.     

GaInP2LEO空间太阳电池功率衰减估计

针对空间环境对GaInP₂太阳电池输出功率衰减的影响,以某晨昏轨道卫星搭载器件数据为对象,在分析轨道倾角摄动、光照角变化、降交点地方时漂移和日地距离波动等因素的基础上,讨论电池工作温度和输出电流变化,建立太阳电池输出电流拟合模型。同时,以拟合电流归一化处理为重点,在传统的光照角、日地距离和温度归一化方法的基础上,针对输入光照功率波动,提出利用温度进行归一化处理,无需传统的日地距离归一化。最后,利用实际在轨数据,对两种方法进行检验。结果表明,在晨昏轨道光照率较高、输入光照功率波动较大的情形下,相对于传统方法,新方法下得到的电流数据一致性更好;GaInP₂太阳电池输出功率的年衰减因子约为-0.004 44/a,相应的年衰减率约为0.443%;预测在轨15年后,输出功率衰减小于6.5%;GaInP₂太阳电池抗辐照性较强,适宜于近地空间长寿命应用场合。该方法可应用于在轨卫星长期测控与管理中的遥测诊断、能源估计与预测以及器件健康状态评估等方面。     

基于GaAs半导体太阳电池技术发展概况

介绍了基于GaAs的Ⅲ-V族化合物半导体太阳电池光电转换效率高、抗辐照性能好、高温性能好的优点,简述了其技术发展的历史和现状,并对它的技术发展前景进行了展望.     

晶体硅材料太阳电池的光吸收率仿真研究

通过理论分析、仿真和实验测试,确定了影响晶体硅太阳电池太阳吸收率的主要因素,其中铝背反射器、硅片表面形貌、硼扩散对太阳吸收率的影响较为显著,硅片厚度、磷扩散的影响相对较低。采用有陷光结构的高效硅电池能明显降低电池的太阳吸收率,滤光玻璃盖片叠层电池太阳吸收率比普通玻璃盖片叠层电池低16.2%。     

一种基于ON/OFF控制的太阳能电池MPPT控制器

在太阳能光伏发电系统中,为了降低系统造价并提高对太阳能的利用率,一般需要实现最大功率点跟踪.本文通过分析太阳能电池的功率-电流(P-I)特性曲线,提出了一种新的利用硬件电路来实现最大功率点跟踪的方法.与以往跟踪方法不同,该方法简单实用,仅需采样太阳能电池的输出电流和电压,通过比较其输出电流的变化率和输出功率的变化率,基于ON/OFF控制太阳能电池输出端电容的充放电,使其输出电流(或电压)达到最大功率点电流(或电压),实现了真正意义上的MPPT.以Buck DC/DC变换器为例,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性.     

适用于太阳能飞行器的单晶硅太阳电池

综述了适用于太阳能飞行器的单晶硅太阳电池的国内外研究进展,主要介绍包括IBC、HIT、HBC、PERC等高效太阳电池的器件结构、研制工艺、性能特点以及在太阳能飞行器能源领域的应用。结合可能存在的临近空间环境特点,从转换效率、环境适应性和可靠性等方面对这几种太阳电池进行了比较分析。