Моделирование солнечных батарей на основе различных полупроводников. Читать текст оnline - На правах рукописи. Фролкова Наталья Олеговна. Моделирование солнечных батарей. Специальность 0. 5. Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах». Москва 2. 01. 1г. Ученый совет МЭИ. Ученый секретарь. Д 2. 12. 1. 57. 0. Мирошникова И. Н. Солнечная энергия широко доступна, обладает практически безграничными ресурсами, при ее фотоэлектрическом преобразовании не происходит загрязнения окружающей среды.
Для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую используется явление фотоэффекта в солнечных элементах (СЭ) на основе структуры с p- n переходом. На сегодняшний день максимальная эффективность некоторых типов полупроводниковых СЭ составляет более 3. У наш час поновлювана енергетика, особливо та де використову. У зв'язку з цим трива Ученые заявляют, что кремний (основной ресурс для производства большинства типов солнечных батарей) - второй по распространенности элемент на нашей планете. Работы, похожие на Реферат: Солнечная батарея. Для получения требуемых энергетических характеристик элементы объединяют последовательно между собой в модули и последовательно- параллельным способом в батареи. Мощность модулей и батарей складывается из выходных мощностей отдельных СЭ. В зависимости от технологии изготовления фотоэлектрических преобразователей, существуют различные виды солнечных батарей. Наиболее широко распространены кристаллические фотоэлектрические преобразователи, изготовленные из моно- или мультикристаллического кремния, а также тонкопленочные солнечные элементы на основе аморфного кремния, теллурида кадмия, арсенида галлия, фосфида индия и некоторых других соединений. На сегодняшний день доля кристаллических солнечных элементов составляет около 9. Ведутся разработки по применению концентраторных и электрохимических солнечных элементов. Солнечные батареи и сегодня остаются основным источником электроэнергии для космических аппаратов, поскольку необычные эксплуатационные условия (невесомость, глубокий вакуум, контрастные изменения температуры) не позволяют широко использовать в условиях космоса известные на Земле традиционные методы получения электричества. Работа в космосе предъявляет к СЭ очень жесткие и подчас противоречивые требования. Сокращение сроков разработки и улучшение эксплуатационных характеристик систем электроснабжения космических аппаратов выдвигает на первый план необходимость создания эффективных методов проектирования подобных систем, в частности, предсказания и анализа работы солнечных батарей под действием разнообразных факторов окружающего пространства в статическом и динамическом режимах нагрузки. Если сегодня фотовольтаика занимает менее 1 % в общемировом балансе произведенной электроэнергии, то к 2. В России наземная солнечная энергетика на текущий момент является активно развивающейся отраслью. Имеются проекты по созданию фотоэлектрических солнечных электростанций, развиваются технологии производства СЭ и СБ. Необходимо иметь возможность предсказать мощность солнечных батарей под действием разнообразных факторов окружающей среды, сравнить эффективность использования СБ из различных материалов, оценить поведение фотоэлектрических преобразователей в различных режимах работы. Для эффективного использования фотоэлектрических генераторов необходимо знать точку максимальной мощности и обеспечить такой режим, чтобы отдаваемая мощность при изменении окружающих условий была наибольшей. При отработке ФЭС используют имитаторы солнечных батарей, позволяющие воспроизводить характеристики СБ под влиянием разнообразных внешних воздействий. По сравнению с экспериментом, математическое моделирование предоставляет более быстрый, гибкий и дешевый способ отработки ФЭС. Для воспроизведения характеристик СЭ и СБ чаще всего используются аналитические модели, которые строятся на базе эквивалентной электрической схемы и основного уравнения СЭ. Работы по моделированию характеристик СБ активно ведутся за рубежом, результаты исследований рассматриваются на регулярно проводимых конференциях по фотовольтаике. Вследствие перспективности внедрения солнечной энергетики вопрос моделирования СБ интересует и российских исследователей. Не принимаются во внимание неидеальность СЭ, конструктивные особенности батарей, необходимость воспроизведения характеристик СБ из различных материалов. Вместе с тем, для использования предлагаемых моделей требуется проведение дополнительных экспериментов, позволяющих определить их входные параметры. Для построения модели необходимо было решить ряд задач. Разработать алгоритм моделирования солнечных батарей из различных полупроводниковых материалов. Предусмотреть в модели возможность затенения солнечной батареи и оценить влияние потерь солнечного излучения на энергетические характеристики СБ. Методологическую основу диссертационной работы составляют общенаучные методы познания, такие как научная абстракция, анализ и синтез, системный и структурный подходы, а также математическое моделирование. В исследовании применялись методы математического анализа, предметно- логического и структурно- функционального анализа, методы визуального программирования. В ходе работы использованы пакеты программ моделирования Design. Lab и Matlab Simulink. Разработана оригинальная математическая модель солнечных батарей, позволяющая наглядно и обозримо провести моделирование набора свойств СБ. В моделировании предложен способ учета разброса технологических параметров СЭ и старения фотоэлементов. Модель обобщает конструктивные потери, а также потери падающего солнечного излучения. При проведении имитирования впервые имеется возможность оценки выходной емкости для анализа динамических режимов нагрузки СБ. Выполнены расчеты и моделирование, позволяющие обеспечить воспроизведение характеристик СБ, собранных из различных комбинаций разнообразных полупроводниковых СЭ. Проведен систематический анализ конструктивных и технологических особенностей изготавливаемых солнечных батарей, результаты которого включены в созданную модель СБ. Впервые показана возможность использования модели солнечных батарей в качестве основы построения интеллектуального имитатора СБ. На основе моделирования выполнено сравнение ВАХ и ВВХ целого ряда солнечных батарей, позволившее дать рекомендации по построению фотоэлектрических систем космического и наземного назначения. Представленные положения позволяют улучшить качественные результаты разработок при создании новых образцов и модернизации существующих ФЭС. Моделирование СБ позволяет согласовать динамические режимы работы преобразователей, входящих состав ФЭС. Реализованная модель является теоретической базой и подготовленным математическим инструментом для проведения исследований характеристик СБ и обработки их результатов. Смоленск, при построении интеллектуального имитатора солнечных батарей. Модель СБ в составе имитатора служит для воспроизведения ВАХ и ВВХ космических солнечных батарей из различных полупроводниковых материалов, оценки эффективности их применения, анализа деградации характеристик СБ с течением времени и определения площади проектируемых СБ для обеспечения требуемой мощности. Имитатор, использующий универсальную модель солнечных батарей, позволяет проводить в автоматизированном режиме разносторонние испытания систем электропитания и бортовой аппаратуры космических аппаратов в ситуациях, максимально приближенных к реальным условиям. По теме диссертации опубликовано 1. ВАК РФ - 1, статей в научных сборниках - 1. Автором предложена система управления интеллектуальным имитатором СБ. Обсуждение и анализ полученных теоретических и экспериментальных результатов проводились совместно с научным руководителем и соавторами публикаций. Основные выводы по проведенной работе сформулированы автором. Дано краткое пояснение работы полупроводниковых СЭ, показана идеализированная аналитическая модель фотоэлемента. Приведены физические характеристики структуры СЭ и электрические параметры, которые необходимо учитывать при создании модели СБ. Приведены и проанализированы факторы, влияющие на эффективность и выходные характеристики солнечных батарей: интенсивность солнечного излучения и его спектральный состав, рабочая температура, ионизирующее излучение космического пространства, конструктивные особенности СБ. Представлены модели, применяемые для имитирования СБ, рассмотрены их достоинства и недостатки. В качестве входных параметров исследуемых СЭ и СБ используются значения тока короткого замыкания, напряжения холостого хода, максимальной мощности и температурные коэффициенты, приведенные в информации производителей. Для исследуемых случаев эксплуатации солнечных батарей входными данными модели СБ также являются различные уровни освещенности и спектральный состав падающего излучения, затенение отдельных элементов, коэффициент потерь падающего излучения, характеристики полупроводникового материала СЭ и его паразитные параметры, рабочая температура СБ, потоки радиационного облучения на орбите, коэффициент потерь, учитывающий воздействие деструктивных факторов и старение СЭ, коэффициенты разброса технологических параметров, способ объединения СЭ в батарею. Выходные параметры модели СБ - максимальная мощность, к. ВАХ, ВВХ и зависимость выходной емкости СБ от рабочего напряжения. Представлено обобщенное математическое описание СЭ и СБ, которое позволяет разработать алгоритм моделирования СБ и представить модель на одном из языков имитирования. Задание на моделирование описывается текстовым способом. Обобщенная модель СЭ показана на рисунке 2. Источник тока Iph представляет собой фототок, зависящий от интенсивности излучения, диод VD1 описывает ток, протекающий через неидеальный (с коэффициентом неидеальности n) p- n переход, диод VD2 учитывает рекомбинацию в области объемного заряда СЭ. В модель включены паразитные параметры структуры фотоэлемента - последовательное сопротивление Rs и параллельное сопротивление Rsh. Реализованы обобщенная модель СЭ и несколько упрощенных вариантов модели, проведен анализ результатов моделирования. Показано, что для фотоэлектрических применений шунтирующее сопротивление фотоэлементов считаем достаточно большим, а рекомбинацию в области объемного заряда пренебрежимо малой. Представлена модель СБ и описаны различные случаи затенения батарей.
0 Comments
Leave a Reply. |
AuthorWrite something about yourself. No need to be fancy, just an overview. Archives
July 2017
Categories |