GaAs聚光太阳能电池仿真与跟踪系统的研究

摘要

世界经济的发展需要大量的能源,地球矿物资源的大量开采,使得石油、煤炭等资源日趋枯竭,且对环境造成了巨大的污染。太阳能是一种储量巨大、无污染的可再生能源,但它能流密度低,因此如何提高太阳能的利用效率成为了人们研究的重要课题。
　　本论文研究的主要内容是 GaAs(砷化镓)聚光太阳能电池的仿真和光电跟踪系统的设计,研究光电跟踪系统是为了实现GaAs太阳能电池的聚光,提高太阳能的收集效率。
　　论文通过分析GaAs对光的吸收性质,针对特定的电池结构利用SimuAPAYS2009软件仿真得出GaAs太阳能电池较为合理的电池参数配置,这也为将来电池的制备节省了大量的时间和费用。由于GaAs太阳能电池的短路电流与入射光强成正比关系、开路电压与光强呈对数增加,因此,可以利用聚光的方法来提高太阳能电池的对光的吸收效率。在进行聚光时,为使阳光会聚在太阳能电池上,设计了一个太阳光强探测跟踪系统。该系统以Atmega16单片机为控制核心,采用光电跟踪和视日角度跟踪两种方式对太阳进行跟踪。光电跟踪方式是在晴天时利用四象限光电探测器对太阳光强的响应进行检测,把检测到的光信号转化为电信号,经过滤波放大之后送入单片机进行处理。然后,通过单片机控制两个电机的运转来实现对太阳高度角和方位角的跟踪。视日角度跟踪是在阴天或多云天气时,通过单片机读取DS1302时钟芯片的内容,用视日跟踪方法计算太阳的高度角和方位角,控制两个电机运转实现跟踪。结果分析表明好的电池结构设计和使用太阳跟踪系统都可以大大提高太阳能电池的转换效率。

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1 绪论

1.1 研究的背景与意义

1.2 国内外光伏发电研究情况分析

1.3 本论文研究的主要内容

1.4 本章小结

2 GaAs聚光太阳能电池的原理与仿真

2.1 pn结和GaAs太阳能电池的伏安特性

2.2 GaAs太阳能电池的结构设计与仿真分析

2.3 本章小结

3 聚光太阳能电池太阳跟踪系统设计

3.1 总体方案

3.2 光学系统设计

3.3 太阳能电池聚光结构设计

3.4 本章小结

4 电路及单片机控制设计

4.1 光电探测及电机驱动电路设计

4.2 单片机外围硬件电路设计

4.3 单片机测控程序设计

4.4 本章小结

5 电路仿真与实验研究

5.1 单片机电路仿真与测试

5.2 追踪系统实验

5.3 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献