太阳能电池板自动跟踪控制系统的设计

太阳能电池板自动跟踪控制系统的设计作者 王雪文 ， 王洋 ， 阎军锋 ， 赵武 ， 张志勇作者单位 西北大学 ,电子科学系 ,陕西 ,西安 ,710069刊名 西北大学学报 自然科学版英文刊名 JOURNAL OF NORTHWEST UNIVERSITYNATURAL SCIENCE EDITION年，卷 期 2004， 342被引用次数 12次参考文献 4条1. 苏红兵 . 陈庭金 . 施兆顺 电化学沉积生长 GaAs薄膜的工艺研究 [期刊论文] -电子元件与材料 2003042. 林鸿生 . 段开敏 . 马雷 a-SiC/c-Si 异质结太阳能电池设计分析 [期刊论文] -半导体学报 2002053. 杨术明 . 李富友 . 黄春辉 染料敏化稀土离子修饰二氧化钛纳米晶电极的光电化学性质 [期刊论文] -中国科学 B辑2003014. 苏月琼 太阳能电池前程似锦 200103相似文献 10条1.学位论文 孙孝金 太阳能电池阵列模拟器的研究与设计 200921 世纪，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，能源问题越来越突出，太阳能等可再生能源逐渐成为人类关注的焦点。时至今日，人类对光伏系统的研究越来越深入广泛，但在光伏系统的研发过程中，太阳能电池由于受日照强度、环境温度影响较大，导致实验成本过高，研发周期变长。太阳能电池阵列模拟器便能较好地解决这一问题。本文首先对比了模拟式太阳能电池模拟器和数字式太阳能电池模拟器的优缺点，选取了数字式太阳能电池阵列模拟器作为研究对象，并对研究太阳能电池阵列模拟器的实际意义作了阐述。随后描述了太阳能电池的输出特性，讨论了适合工程计算的太阳能电池阵列数学物理模型。本文研究的太阳能电池阵列模拟器由功率电路和控制电路两部分组成。功率电路选取了半桥型 DC/DC电路作为主电路拓扑，对其工作过程进行了分析，并对各部分电路进行了设计。然后设计了电压电流双闭环调节器，在此基础之上用 PSIM仿真软件对所设计的太阳能电池阵列模拟器进行了仿真，包括静态工作点的仿真以及动态响应速度的仿真，通过仿真验证了模拟器能够达到所要求指标。控制电路板是整个模拟器的核心控制部分，通过控制运算提供输出电压的参考值，进而提供控制功率管开通关断的 PWM信号。本文选取了microchip公司的 dsPIC30F2023作为主控制芯片，分析了该型号微处理芯片的性能特点，介绍了模拟信号采样电路、 232通讯电路、人机交互界面电路等外围电路的硬件设计，调节器采用了数字 PID控制。在 MPLAB集成开发环境中进行了软件方案的设计，主要包括主程序、生成 PWM程序、 AD采样、故障处理、人机交互程序等，介绍了各个模块的程序流程。软硬件系统设计完成后，最终实现了太阳能电池阵列模拟器，可以为光伏系统的研究提供一个良好的实验平台。2.期刊论文 张竹慧 太阳能电池组件的设计及选用 - 中国新技术新产品 2009,““7本文对太阳能电池的工作原理、结构和参数及太阳能电池的分类作了说明 . 从太阳能电池组件的技术要求出发 , 探讨了太阳能电池组件的设计及选用.3.学位论文 马学美 新型有机太阳能电池敏化剂的合成与性能研究 2008能源是人类赖以生存的基础，能源的开发和利用是社会发展的源泉。随着能源和环境保护问题的日益突出，寻找和利用清洁的可再生能源是目前人类面临的刻不容缓的任务之一。太阳能由于具有取之不尽、用之不竭、没有污染等特点而成为各国科学家开发和利用的新能源之一。染料敏化纳米结构太阳能电池以其成本低、制作工艺简单、转换效率高而受到广泛关注。如何提高有机染料敏化太阳能电池的光电转换效率是目前有机太阳能电池研究的关键科学问题之一。本论文拟从拓展光敏染料的光谱响应范围为出发点，设计合成了四个系列十一个新型的纯有机染料敏化剂，并研究它们作为太阳能电池敏化剂的性能，各章的主要内容和主要结论简述如下第一章在简要介绍染料敏化纳米晶太阳能电池的结构及工作原理、纳米晶半导体电极、敏化剂和电解质有关知识的基础上，综述了近几年来的高效有机太阳能电池敏化剂的研究进展，在此基础上提出了本论文的设计思想和研究内容。第二章采用 Vilsmeier反应和 Knoevenagel缩合反应合成了三个新型的铜酞菁类染料敏化剂Ⅱ -1，Ⅱ -2和Ⅱ -3，循环伏安法测试的电化学性能结果显示三个染料的 LUMO轨道能级都比二氧化钛导带位置高，可以作为二氧化钛的敏化剂，并成功地将三个酞菁染料Ⅱ -1～Ⅱ -3制作了太阳能电池器件，在75 mW/cm2白光 氙灯 的照射下测试了其光伏性能，其中染料Ⅱ -3能量转换效率达到 0.43％ Jsc0.49mA/cm2， Voc0.42V， ff0 ． 55。第三章通过 Sonogashira， Suzuki和 Knoevenagel等经典反应合成了三个新型的含苯并噻二唑菁染料衍生物Ⅲ -1～Ⅲ -3，三个染料经过循环伏安法测定了其电化学性能，结果显示三个染料的 LUMO轨道能级都高于二氧化钛导带能级，适合作为二氧化钛的敏化剂。最终用三个菁染料Ⅲ -1～Ⅲ -3制备了染料敏化纳米晶太阳能电池器件，在 75mW/cm2白光 氙灯 的照射下，Ⅲ -1的光电转换效率达到了 7.62％ Jsc22.10mA/cm2， Voc0.54V， ff0.48 。第四章通过 Suzuki， Sonogashira偶联反应和 Knoevenagel缩合反应等合成了两个新型的含有噁二唑的染料敏化剂。两个染料经过循环伏安法测试了电化学性能，结果显示两个染料的 LUMO轨道能级都高于二氧化钛导带能级，适合作为二氧化钛的敏化剂，并将两个染料成功应用于染料敏化太阳能电池，在 AM1.5标准太阳光源下测试了其光伏性能。结果显示染料Ⅳ -2有较高的光电转换效率 1.58％ Jsc4.07mA/cm2， Voc0.56V， ff0.68 。第五章设计合成了三个新型的含有荧葸的染料敏化剂 Ⅴ -1～Ⅴ -3，其中荧蒽作为电子给体，噻吩或苯环为电子传输体，羧酸作为电子受体。三个染料敏化剂经过循环伏安法测试了电化学性能，结果显示三个染料的 LUMO轨道能级都高于二氧化钛导带能级，适合作为二氧化钛的敏化剂。我们也采用Gaussian 03， B3LYP/6-31G计算法对三个染料进行了量子计算，计算结果从理论上证明了三个染料受光激发后，电子云由供体单元流向受体单元。将三个染料成功应用于染料敏化太阳能电池，在 AM 1.5标准太阳光源下测试了其太阳能电池性能。结果显示Ⅴ -1有较高的光电转换效率4.4％ Jsc14.71mA/cm2， Voc0.53 V， ff0.56 。4.会议论文 李海峰 . 黄勇 . 万之坚 . 张厚兴 . 张立明 . 许颖 . 王文静 多晶硅薄膜太阳能电池硅基复合陶瓷衬底的设计与制备本文采用复合陶瓷设计的概念 , 设计多晶硅薄膜太阳能电池用 Si,SiC,C的复合陶瓷衬底 . 在气氛保护烧结炉中烧成 , 得到的复合陶瓷衬底和 Si具有较好的热力学和晶体学匹配性 , 可以有效的避免在 RTCVD工艺下高温沉积和冷却过程中出现的开裂现象 , 并能得到质量较好的多晶硅薄膜 . 同时 , 通过恰当设计Si,SiC和 C各组分间的比例 , 还可以制备具有良好导电性能的陶瓷衬底 , 这对陶瓷衬底多晶硅薄膜太阳能电池的制备也有重要的意义.5.学位论文 韩珏 太阳能电池阵列模拟器的研究与设计 2006在当今石化能源日益减少，生态环境遭受破坏的情况下，太阳能等可再生能源的探求与利用已成为热门话题。光伏系统以其良好的环境效应被越来越广泛的应用，但在光伏系统的研发过程中，太阳能电池阵列由于实验受到日照强度、环境温度的影响，导致实验成本过高，研发周期变长。太阳能电池阵列模拟器可以大大缩短光伏系统的研究周期，提高研究效率及研究结果的可信性。本文首先叙述了研究太阳能电池阵列模拟器的意义，描述了太阳能电池的外部特性。接着介绍了模拟式的太阳能电池阵列模拟器及其缺点，并提出了数字式的太阳能电池阵列模拟器。随后，本文研究了硅太阳能电池的物理数学模型，在此基础上选择了适合太阳能电池阵列模拟器的数学模型。然后根据数学模型，兼顾模拟器的工作性能，研究了如何确定模拟器工作点的各种算法。根据太阳能电池阵列模拟器对硬件电路的要求，本文选择了正激变换器作为主电路拓扑，并对其工作原理进行了详细的分析，同时介绍了电路的设计。本文选择 infineon 公司的 XC164CS单片机作为控制器，这是因为太阳能电池阵列模拟器需要实时检测电路，通过运算处理数据，最后得到控制量，而XC164CS最高工作频率可达 40MHz，能够满足模拟器的控制需求。最后，本文给出了实验结果，证明所设计的太阳能电池阵列模拟器具有良好的性能。它的静态工作点均与所模拟的太阳能电池阵列Ⅰ -Ⅴ输出特性曲线上的各点吻合；且能动态的模拟负载变化时的工作情况。6.学位论文 徐晓琳 应用于太阳能电池充电的升压电路芯片设计 2008为缓解全球气候变化问题，人类开始利用无污染、丰富的太阳能能源。而用太阳能电池直接对设备供电是不现实的，因为阳光强度总在变化，对最大可利用电流有直接影响。各领先的集成电路设计厂商对于如何实现低电源电压的升压的技术研究正在如火如茶的进行着，并且越来越多的半导体厂商加入到了该技术的研究行列中。单片太阳能电池的开路电压在 0.45V到 0.6V之间，一般情况下电压为 0.5V。所以本论文设计了一种应用于太阳能电池充电的升压电路，输入电压可低至 0.5V。本文首先介绍了升压型 DC/DC转换器拓扑结构和基本工作原理，随后主要介绍了论文中升压 DC/DC转换器的调制方式 PSM方式 跨周期调制方式， PulseSkipping Modulation，缩写为 PSM，并建立了这种调制方式下升压 DC/DC转换器在 CCM和 DCM模式下的状态空间平均模型。在电路设计中，对电路的总体结构和各个子模块进行设计。文章重点分析了启动电路工作原理，并对其进行仿真验证。随后介绍基准源、偏置电路、振荡器、电压迟滞比较器、 D触发器等各个子模块的基本工作原理。它采用 CSMC0.6μ m CMOS工艺，输入电压范围为 0.5V～ 3V，输出电压为 5V；采用跨周期调制方式 PSM；工作温度范围为-40℃～ 80℃。在完成电路原理分析与电路设计的基础之上，应用 Cadence下的 Spectre软件对各个子电路模块和整体电路进行仿真验证，仿真结果均达到预定指标。这为今后设计性能更优越的超低输入电压的升压电路打下了基础。7.期刊论文 潘华锦 . 张庆海 . 张丽 . 吕小勇 太阳能电池模拟装置设计 - 实验技术与管理 2010,275在对太阳能电池的输出特性进行研究的基础上 , 利用单片机和直流电压变换电路 , 设计了一种模拟太阳能电池输出的装置 . 该模拟装置能够按照给定的太阳能电池工作特性曲线 , 进行模拟输出 , 从而解决了直接用太阳能电池进行后续应用研究时 , 外界条件变化对太阳能电池输出的影响 . 同时该模拟装置能够模拟不同的特性曲线 , 节省了购买各种太阳能电池的成本.8.期刊论文 石磊 . 陈立东 . 马淑英 . 夏金强 . 刘巧艳 . 王秀旦 . SHI Lei . CHEN Li-dong. MA Shu-ying . XIA Jin-qiang .LIU Qiao-yan . WANG Xiu-dan太阳能电池组件层压机加热系统的设计与试验 - 河北科技师范学院学报 2009,234在研究太阳能电池组件层压机加热系统性能要求的基础上 , 设计了一种能够独立控制加热温度 , 利用热油反向流动自动补偿温度差的双向控温太阳电池组件层压机加热系统 , 有效地改善现有电加热系统、油加热系统和工作台之间的传热效果 , 提高工作台表面温度均匀性.9.学位论文 刘博 Gratzel 型太阳能电池敏化染料的合成与器件性能研究 2008进入 21世纪，能源问题已经成为人类发展所面临的最重要的问题之一。目前世界的能源消耗主要来源于煤、石油、天然气等化石能，这些能源的不可再生性以及使用这些能源所带来的环境污染问题，使得人类对可再生能源包括生物能、风能、水能、核能以及太阳能的研究与开发利用日益重视，这也是解决世界范围内的能源危机和环境问题的几个重要途径。各种能源中，太阳能具有不可比拟的优点与化石燃料相比，太阳能相对来说取之不尽、用之不竭；与核能相比，太阳能更为安全，其应用不会对环境构成任何污染；与水能、风能相比，太阳能利用的成本较低，而且不受地理条件的限制。而利用太阳能的主要途径就是将太阳能转化为电能。染料敏化太阳能电池作为太阳能电池家族的新成员具有光电转换效率较高、成本低、制作工艺简单等优势。敏化染料作为染料敏化太阳能电池中的关键组成，引起了世界范围内很多研究小组的关注。本论文设计合成了三个系列包括钌染料和不含重金属配位的纯有机染料，并研究它们作为太阳能电池敏化剂的性能。第 1章 在简要介绍染料敏化纳米晶太阳能电池的结构及工作原理、纳米晶半导体电极、敏化剂和电解质有关知识的基础上，综述了近几年来的高效有机太阳能电池敏化剂的研究进展，在此基础上提出了本论文的设计思想和研究内容。第 2章 首次将萘酰亚胺和苝酰亚胺引入钌体系，分别设计并合成了两种新型高摩尔消光系数的钌敏化染料 RuPBS和 RuPPS。对比研究了两种染料及其配体的光学性质，发现含有苝酰亚胺单元的 RuPPS具有较宽的吸收光谱和较高的摩尔消光系数，在可见光区具有很好的光捕获能力，在较宽的波长范围内光捕获效率能达到 80％以上，在最大吸收峰附近，几乎可以捕获所有的太阳光子。但是由于引入的萘酰亚胺和苝酰亚胺单元中的亚酰胺结构具有很强的吸电子能力，影响了分子内激发态电子流的流向，使激发态电子都聚集在亚酰胺结构周围，不能流向羧基注入 TiO2导带。同时由于敏化染料在 TiO2上吸附量的影响，最终敏化染料 RuPPS得到 1.35 mA cm-2的短路电流、 0.42V的开路电压、 0.62的填充因子和 1.75％的转换效率。第 3章 分别以咔唑、三苯胺、二甲基苯胺和吲哚啉单元作为染料的供电子基团 donor，以氰基乙酸作为染料的吸电子基团 acceptor ，以异弗尔酮单元作为桥链，设计并合成了一个系列四种新型 D-π -A体系敏化染料 D-1、 D-2、 D-3和 D-4。对比研究其光谱性质发现，含有吲哚啉单元的 D-4最有利于吸收更多的太阳光。同时 D-4具有最负的 LUMO轨道能级，这就意味着 D-4的激发态电子注入到 TiO2导带的几率最大，电子注入效率最高。因此，基于这两方面考虑， D-4更加适合作为高效率的敏化染料，尤其适合用于需要比较薄的 TiO2膜的准固态和全固态染料敏化太阳能电池。另外，还进一步采用 Gaussian03B3LYP/6-31G*对该系列四个敏化染料进行了理论计算。第 4章 以 D 4为敏化剂，逐一优化了染料敏化太阳能电池器件的几个重要组成部分，包括 TiO2胶体的制备、染料吸附时间、共吸附物质 DCA的添加与否、电解质组成和 TiO2电极的厚度。通过性能测试，确定了染料 D 4敏化的太阳能电池的最优化条件。在最优化条件下， D 4敏化的太阳能电池达到了 18.63mA cm-2的光电流密度、 634mV的开路电压、 0.63的填充因子，光电转换效率为 7.41％，超过了相同条件下 N719的性能 光电流密度为 15.60mA cm-2、开路电压为 698mV、填充因子为 0.62，光电转换效率为 7.03％ 。并且在仅有 5.0μ m的单层纳米 TiO2电极上，取得了目前最高的 18.63mA cm-2的光电流密度。另外，将 D 4作为敏化剂，以 Spiro OMeTAD作为空穴传输材料，组装了全固态染料敏化太阳能电池，其光电流密度为 3.4mA cm-2，开路电压为 760mV，填充因子为 0.71，总的光电转换效率为 1.92％，而相同条件下， N3的光电转换效率为 2.55％。因此， D 4是一种非常有发展前途的敏化染料。第 5章 创新性地以含有羧基的三氰基五元环为吸电子基团 acceptor ，以三苯胺、二甲基苯胺和吲哚啉单元为供电子基团 donor设计并合成了一个系列三种不同的 Dπ A体系新型近红外敏化染料 5C-1、 5C-2和 5C-3。研究发现该系列敏化染料在近红外区域都有较强的吸收， 5C-2在 714nm处的摩尔消光系数甚至达到了 5.68 104 M 1 cm-1。当染料吸附到半导体材料上时，它们的吸收峰都有所扩展，吸收强度有所增加，这非常有利于染料捕获该区域的太阳光。以 5C-3为例，其吸收边带由 954nm红移到了 1025nm，在 680-724nm区域内甚至形成了平头峰。通过循环伏安法，测定并计算了该系列敏化染料的 LUMO能级，发现其 LUMO能级均大于 0.1V，与 TiO2导带 0.5V不匹配，因此采用了导带电位更正的 SnO2作为阳极半导体材料来接受敏化染料的激发态电子。改用 SnO2后，光电流密度由使用 TiO2作为阳极半导体材料的 0.143mA cm-2增加到 1.092mA cm-2，大幅提高了近 7倍，这说明更换导带匹配的阳极半导体材料可以有效地提高电池的光电流密度。优化阳极半导体材料和选择具有更正氧化还原能级的电解质的工作仍在继续，期望该系列染料敏化的 DSSCs的性能会得到进一步的提升，以发展具有优良性能的近红外敏化剂。第 6章 归纳了其它一些敏化染料以及中间体的合成。合成了两种双 donor敏化染料 DD-1和 DD-2，由于其溶解性和稳定性的问题，最终未能应用到染料敏化太阳能电池中。为了研究取代基对光谱和电池性能的影响，合成了与第 3章 D 4染料同系列不同取代基的 D 5和 D 6两种染料。为了增强 acceptor端的吸电子能力，设计并尝试合成一种 Dπ A体系的新型染料。为了增强 Dπ A分子电荷分离能力，设计并尝试合成一系列新型 Dπ A体系染料分子。10.会议论文 施小忠 . 汪乐 太阳能电池栅线的设计 1998该文分析了主线上的电压降对电池栅线设计的影响。讨论了电池的功率损耗与电池栅线尺寸及厚度的关系，探讨了如何在原始设计的基础上设计出理想尺寸的太阳电池栅线。引证文献 12条1. 舒志兵 . 汤世松 基于欧姆龙 PLC的太阳能聚光伺服跟踪系统的设计 [期刊论文] -自动化博览 2009122. 罗维平 基于 PLC的太阳能电池板自动跟踪系统的研究 [期刊论文] -电子技术应用 200993. 吴小雨 . 王开宝 光伏发电跟踪控制系统设计 [期刊论文] -机械工程师 200914. 戴训江 . 晁勤 太阳能单轴跟踪系统的 PLC设计 [期刊论文] -可再生能源 200835. 戴训江 . 晁勤 基于 PLC的太阳能跟踪控制系统的设计 [期刊论文] -能源工程 200766. 戴士杰 . 栗少云 . 周国香 . 岳宏 移动机器人能源自治研究与进展 [期刊论文] -河北工业大学学报 200717. 杨金付 . 王建平 全自动跟踪太阳光伏发电设备控制器的设计 [期刊论文] -国外电子元器件 200748. 杜微 . 王平凯 . 白羽 模糊控制太阳能自动跟踪随动系统 [期刊论文] -机械工程师 200659. 张宝星 太阳能利用的跟踪与聚集系统研究 [学位论文 ]硕士 200610. 张海良 光伏电站远程监控系统的设计和研究 [学位论文 ]硕士 200611. 孙茵茵 . 鲍剑斌 . 王凡 太阳自动跟踪器的研究 [期刊论文] -机械设计与制造 2005712. 肖玉华 . 熊和金 基于 ATmega8的双轴太阳跟踪器设计 [期刊论文] -电子设计工程 20103本文链接 http//d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_xbdxxb200402010.aspx授权使用湘潭大学 xtdx ，授权号 7ad3968d-17d4-45f2-848a-9dee01004007下载时间 2010年 9月 11日