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太陽(yáng)能電池性能參數(shù)測(cè)量模型研究

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時(shí)間:2024-08-18 22:11:12
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太陽(yáng)能電池性能參數(shù)測(cè)量模型研究【摘要】:太陽(yáng)能是一種可永續(xù)利用的清潔能源。在能源日趨匱乏的今天,光伏發(fā)電系統(tǒng),作為太陽(yáng)能開發(fā)和利用的主要形式之一,因其具有安全可靠、無(wú)污染、不受地域

【摘要】:太陽(yáng)能是一種可永續(xù)利用的清潔能源。在能源日趨匱乏的今天,光伏發(fā)電系統(tǒng),作為太陽(yáng)能開發(fā)和利用的主要形式之一,因其具有安全可靠、無(wú)污染、不受地域限制等諸多優(yōu)點(diǎn),而倍受各國(guó)學(xué)術(shù)界、工商界以及政府的重視,光伏產(chǎn)業(yè)正在高速崛起。 太陽(yáng)能電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)收集陽(yáng)光,實(shí)現(xiàn)光能電能轉(zhuǎn)換的基本單位。在太陽(yáng)能電池的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用中,需要對(duì)太陽(yáng)能電池性能、可靠性進(jìn)行大量的光學(xué)、電學(xué)等測(cè)試工作。 太陽(yáng)能電池五參數(shù)模型是太陽(yáng)能電池I-V特性的宏觀表現(xiàn),包含著豐富的與太陽(yáng)能電池性能相關(guān)的信息,已成為太陽(yáng)能電池性能測(cè)試與分析的重要工具,被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池材料、結(jié)構(gòu)、制造工藝以及應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析中。 太陽(yáng)能電池五參數(shù)模型是一個(gè)典型的非線性超越函數(shù)。五個(gè)模型參數(shù)目前尚缺乏有效的直接測(cè)量方法,往往采用在某一固定光照、溫度條件下太陽(yáng)能電池的I-V特性曲線的測(cè)量數(shù)據(jù),通過擬合I-V特性曲線來(lái)提取五個(gè)模型參數(shù),大量的太陽(yáng)能電池模型參數(shù)提取方法已被研究者所提出,如數(shù)值解析分析方法,偽蒙特卡羅法、自適應(yīng)偽蒙特卡羅法等。由于太陽(yáng)能電池的I-V特性隨輻照度、溫度等環(huán)境參數(shù)的變化,呈現(xiàn)出高度的非線性,這些方法存在算法復(fù)雜、精度低、對(duì)噪聲敏感、魯棒性差等缺陷。本文基于太陽(yáng)能電池五參數(shù)模型,就太陽(yáng)能電池測(cè)試、分選系統(tǒng)中快速提取電池性能參數(shù)問題,對(duì)太陽(yáng)能電池I-V特性曲線的數(shù)值分析方法、太陽(yáng)能電池性能參數(shù)測(cè)量模型展開了研究。主要研究?jī)?nèi)容概括: ⑴太陽(yáng)能電池I-V特性曲線數(shù)值分析基于數(shù)值分析的太陽(yáng)能電池模型參數(shù)提取方法,是將I-V特性曲線的測(cè)試數(shù)據(jù)代入到模型方程,構(gòu)建非線性方程組,通過迭代方法求解非線性方程組,獲得模型參數(shù)的近似解。本文提出了一種基于修正Gauss-Newton法的太陽(yáng)能電池模型參數(shù)提取算法。該算法引入了Lambert W函數(shù)將太陽(yáng)能電池模型轉(zhuǎn)化為電流和電壓的顯式表達(dá)式,利用Lambert W函數(shù)的計(jì)算性能,降低了模型參數(shù)求解的難度和計(jì)算的復(fù)雜性。 ⑵基于混合遺傳算法提取太陽(yáng)能電池模型參數(shù)針對(duì)太陽(yáng)能電池模型參數(shù)提取的數(shù)值分析方法依賴于梯度信息,存在易陷于局部最優(yōu)解,對(duì)參數(shù)初值、計(jì)算步長(zhǎng)的選取要求較高,對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的微小變化敏感等問題,設(shè)計(jì)了一種基于雙種群的混合遺傳算法:在最優(yōu)解搜索過程中,生成兩個(gè)種群,其一為利用注重于全局搜索的改進(jìn)自適應(yīng)遺傳算法形成的種群,基于種群多樣性評(píng)價(jià)函數(shù)自適應(yīng)調(diào)整的交叉和變異概率,最大限度地保證種群的多樣性;另一個(gè)為利用注重于局部搜索的修正Gauss-Newton算法形成的種群;每個(gè)種群具有不同的控制參數(shù)和初始值,依據(jù)種群的適應(yīng)度函數(shù)的評(píng)價(jià)生成下一代種群。選取典型測(cè)試函數(shù)對(duì)混合遺傳算法進(jìn)行了測(cè)試與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明混合遺傳算法有效利用了數(shù)值分析類算法擅長(zhǎng)局部搜索和遺傳算法擅長(zhǎng)于全局搜索的特點(diǎn),提高了遺傳算法的計(jì)算性能。 所提出的基于混合遺傳算法的太陽(yáng)能電池模型參數(shù)提取算法,利用太陽(yáng)能電池I-V特性曲線的局部形態(tài)特征,以及太陽(yáng)能電池參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),確定太陽(yáng)能電池模型參數(shù)的搜索范圍,并采用混合遺傳算法提取太陽(yáng)能電池模型參數(shù)。以已發(fā)表文獻(xiàn)中單體太陽(yáng)能電池、模組的I-V特性曲線的測(cè)量數(shù)據(jù),以及相應(yīng)的模型參數(shù)提取算法,進(jìn)行了對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:基于基于混合遺傳算法提取太陽(yáng)能電池模型參數(shù),各項(xiàng)I-V特性曲線擬合的統(tǒng)計(jì)分析指標(biāo)優(yōu)于已發(fā)表的模型參數(shù)提取算法。 ⑶太陽(yáng)能電池I-V特性測(cè)試數(shù)據(jù)修正與建模太陽(yáng)能電池在測(cè)試過程中,受I-V特性測(cè)試設(shè)備的測(cè)量誤差,輻照度、溫度等環(huán)境條件參數(shù)的控制精度和時(shí)間穩(wěn)定性等不確定因素的限制,測(cè)量數(shù)據(jù)的微小變化是難以避免的。為了減小這些不確定性因素對(duì)太陽(yáng)能電池模型參數(shù)提取精度的影響,在討論分析太陽(yáng)能電池模型參數(shù)與輻照度、溫度變化關(guān)系的基礎(chǔ)上,應(yīng)用基于混合遺傳算法提取太陽(yáng)能電池模型參數(shù)算法,提取了標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件(STC, Standard Testing Condition)下的太陽(yáng)能電池模型參數(shù)?;谔?yáng)能電池I-V特性曲線的形態(tài)特征,引入了一組半經(jīng)驗(yàn)公式,提出了一組I-V特性測(cè)試數(shù)據(jù)的修正模型。利用該修正模型,可依據(jù)太陽(yáng)能電池I-V特性測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試條件監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),將I-V特性曲線的測(cè)試數(shù)據(jù)修正為在STC下的I-V特性曲線數(shù)據(jù)。以一系列太陽(yáng)能電池I-V特性曲線的測(cè)試數(shù)據(jù)和相應(yīng)的測(cè)試條件監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為建模的樣本數(shù)據(jù),采用混合遺傳算法,實(shí)現(xiàn)了修正模型參數(shù)的辨識(shí)。修正模型的校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:對(duì)同種材料,同種工藝的太陽(yáng)能電池,修正模型將不同測(cè)試工況下測(cè)量的I-V特性曲線數(shù)據(jù)修正至STC下,具有較高的修正精度。 ⑷太陽(yáng)能電池性能參數(shù)檢測(cè)算法與和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)基于太陽(yáng)能電池I-V特性測(cè)試數(shù)據(jù)修正模型,提出了一種適于太陽(yáng)能電池測(cè)試分選系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池性能參數(shù)檢測(cè)算法:采用數(shù)據(jù)修正模型將測(cè)量的I-V特性曲線數(shù)據(jù)修正到STC下,應(yīng)用太陽(yáng)能電池模型參數(shù)解析算法直接計(jì)算電池的模型參數(shù)。太陽(yáng)能電池模型參數(shù)解析算法是采用太陽(yáng)能電池模型的顯式表達(dá)式,利用I-V特性曲線上的特殊點(diǎn)(最大功率點(diǎn)、開路電壓點(diǎn)、短路電流點(diǎn))的數(shù)學(xué)性質(zhì),構(gòu)成五個(gè)聯(lián)立方程。以及通過聯(lián)立方程的求解,直接計(jì)算太陽(yáng)能電池模型參數(shù)。本文中利用廠商提供的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)太陽(yáng)能電池模型參數(shù)解析算法進(jìn)行了測(cè)試和驗(yàn)證。 利用太陽(yáng)能電池測(cè)試分選的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),獲取太陽(yáng)能電池的I-V特性曲線的測(cè)量數(shù)據(jù)和測(cè)試條件的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),對(duì)太陽(yáng)能電池性能參數(shù)檢測(cè)算法進(jìn)行了測(cè)試和驗(yàn)證。 【關(guān)鍵詞】:太陽(yáng)能電池模型 Gauss-Newton算法 遺傳算法 測(cè)量數(shù)據(jù)修正
【學(xué)位授予單位】:杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2012
【分類號(hào)】:TM914.4
【目錄】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-12
  • 第一章 緒論12-19
  • 1.1 引言12-13
  • 1.2 太陽(yáng)能電池模型概述13-15
  • 1.3 太陽(yáng)能電池測(cè)試15-17
  • 1.3.1 太陽(yáng)能電池 I-V 特性測(cè)試15-16
  • 1.3.2 太陽(yáng)能電池模型參數(shù)提取16-17
  • 1.4 論文主要工作和內(nèi)容安排17-19
  • 第二章 太陽(yáng)能電池模型參數(shù)提取數(shù)值分析算法19-30
  • 2.1 引言19
  • 2.2 太陽(yáng)能電池模型顯式化處理19-21
  • 2.2.1 Lambert W 函數(shù)19-20
  • 2.2.2 太陽(yáng)能電池?cái)?shù)學(xué)模型顯式方程20-21
  • 2.3 模型參數(shù)提取的數(shù)值分析算法21-24
  • 2.3.1 算法原理21-22
  • 2.3.2 修正 Gauss-Newton 法22-24
  • 2.4 模型參數(shù)提取步驟和算法流程24-26
  • 2.5 仿真實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析26-29
  • 2.6 小結(jié)29-30
  • 第三章 基于混合遺傳算法求解太陽(yáng)能電池模型參數(shù)30-46
  • 3.1 引言30
  • 3.2 遺傳算法概述30-32
  • 3.3 一種基于雙種群的混和遺傳算法32-36
  • 3.3.1 改進(jìn)自適應(yīng)遺傳算法設(shè)計(jì)32-34
  • 3.3.2 混合遺傳算法的設(shè)計(jì)34-35
  • 3.3.3 算法流程35-36
  • 3.4 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析36-45
  • 3.4.1 測(cè)試函數(shù)驗(yàn)證算法有效性36-40
  • 3.4.2 混合遺傳算法提取太陽(yáng)能電池模型參數(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)40-45
  • 3.5 小結(jié)45-46
  • 第四章 太陽(yáng)能電池 I-V 特性測(cè)試數(shù)據(jù)修正與建模46-59
  • 4.1 引言46
  • 4.2 數(shù)據(jù)修正模型結(jié)構(gòu)46-47
  • 4.3 數(shù)據(jù)修正模型參數(shù)辨識(shí)47-52
  • 4.3.1 STC 下電池五參數(shù)的提取47-51
  • 4.3.2 修正模型參數(shù)的辨識(shí)51-52
  • 4.4 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析52-58
  • 4.4.1 STC 下電池模型五參數(shù)提取52-54
  • 4.4.2 修正模型參數(shù)的辨識(shí)54-55
  • 4.4.3 修正模型校驗(yàn)55-58
  • 4.5 小結(jié)58-59
  • 第五章 太陽(yáng)能電池性能參數(shù)檢測(cè)算法和驗(yàn)證試驗(yàn)59-73
  • 5.1 太陽(yáng)能電池 I、V 測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介59-61
  • 5.2 模型參數(shù)在線提取61-66
  • 5.2.1 分段擬合求取特征值61-62
  • 5.2.2 模型參數(shù)解析算法62-66
  • 5.3 太陽(yáng)能電池性能參數(shù)檢測(cè)算法流程66-67
  • 5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析67-72
  • 5.4.1 廠商數(shù)據(jù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)67
  • 5.4.2 算法驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)67-72
  • 5.5 小結(jié)72-73
  • 第六章 總結(jié)與展望73-75
  • 致謝75-76
  • 參考文獻(xiàn)76-79
  • 附錄一79


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太陽(yáng)能電池表面納米微結(jié)構(gòu)研究    李美成;

有機(jī)染料錨數(shù)對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池性能的影響    尚會(huì)霞;羅艷紅;孟慶波;占肖衛(wèi);

量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池--新材料的設(shè)計(jì)、制備及器件研究    李冬梅;羅艷紅;孟慶波;

量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展    劉銘;楊君友;馮雙龍;朱虎;

高效染料鈉晶TiO_2太陽(yáng)能電池    黃昀昉;吳季懷;林建明;黃妙良;

太陽(yáng)能電池應(yīng)用    孟昭淵;

富銦與富銅CuInSe_2薄膜的光電性能    王信春;

談太陽(yáng)能路燈原理    胡昊偉;黃敏;

用于聚合物太陽(yáng)能電池的高效共軛聚合物光伏材料    李永舫;

太陽(yáng)能廠跨洋吸金 幾家歡樂幾家愁    黃女瑛 DigiTimes

太陽(yáng)能電池級(jí)多晶硅光伏項(xiàng)目落戶益陽(yáng)    記者  郭云飛 通訊員  張世平

涉足太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)公司一覽    詹鈴

依靠太陽(yáng)能的家庭    楊先碧

G風(fēng)帆 太陽(yáng)能電池新貴    天同證券 張銳

PE“新銳”王剛:太陽(yáng)能行業(yè)的堅(jiān)定支持派    本報(bào)記者 翁海華

行者集團(tuán)利用太陽(yáng)能獲新突破    記者 張國(guó)偉

太陽(yáng)能電池面臨出口為主的尷尬    無(wú)暇

邱第明:中國(guó)最早太陽(yáng)能企業(yè)的跌宕起伏    本報(bào)記者王穎春 采寫

青海首條太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線投產(chǎn)    梁麗英

基于酞菁銅的太陽(yáng)能電池的研究    劉一婷

反型聚合物太陽(yáng)能電池的研究    李福民

聚合物太陽(yáng)能電池中光吸收增強(qiáng)效應(yīng)的研究    李國(guó)龍

聚光多結(jié)太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)、制備及可靠性研究    宋明輝

反型體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽(yáng)能電池的研究    陶晨

有機(jī)/聚合物太陽(yáng)能電池:活性層結(jié)構(gòu)、形貌及光伏性能    薛麗麗

有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池的效率優(yōu)化及衰減性研究    鄒業(yè)

太陽(yáng)能電池正面銀漿的制備及其性能研究    郭桂全

知識(shí)流動(dòng)理論框架下的科學(xué)前沿與技術(shù)前沿研究    龐杰

量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池:制備及光電轉(zhuǎn)換性能的改進(jìn)    宋鑫

基于太陽(yáng)能的嵌入式路燈控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用    劉春

利用不同陰極緩沖層改善有機(jī)小分子Pentacene/C_(60)太陽(yáng)能電池的性能    劉瑞

用電化學(xué)阻抗譜研究染料敏化太陽(yáng)能電池的電子傳輸與復(fù)合特性    和川

三芳基咪唑的富勒烯衍生物的合成及其在CdSe量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池的應(yīng)用    趙愛婷

太陽(yáng)能照明能量管理PSoC設(shè)計(jì)    張?zhí)鞎r(shí)

太陽(yáng)能電池CuInS_2薄膜和ZnS薄膜的制備與性能研究    張興良

SCNTs和PPDIF應(yīng)用于聚合物太陽(yáng)能電池中的研究    白靜璐

渠道流量計(jì)太陽(yáng)能自供電系統(tǒng)的開發(fā)    侯錦鋒

CuO薄膜的制備及其光伏特性研究    張春萍

敏化太陽(yáng)能電池中染料的合成研究    徐丹