太阳能模拟器对光伏测试的影响与最优化光学设计

【摘要】： 太阳能模拟器是一种用灯光源来模拟太阳辐射的装置,是光伏器件室内测试的必需设备之一。由于太阳能模拟器提供的模拟光与标准测试条件要求的太阳辐射存在较大差异,光伏测试结果的准确性会受到影响。本文先是针对模拟器光学性能对光伏测试的影响进行了研究,继而在太阳能模拟器光学设计与优化方面做一些工作。 本文主要内容可分为三部分: ①太阳能模拟器光学性能对光伏测试的影响,包括第二章和第三章部分内容; ②太阳能模拟器的光学设计与优化,包括第三章和第四章; ③三种特殊模拟器的初步光学设计,包括第五章; 在第一部分中,我们主要分析了太阳能模拟器的辐照均匀性和光谱失配这两大因素对光伏测试的影响:首先,通过设计辐照不均匀性实验以及引入人工神经网络黑匣子和LambertW函数,我们分析了太阳能模拟器的辐照均匀性、太阳电池的光照伏安特性和太阳电池的等效电路参数这三者之间的联系;其次,通过对太阳能模拟器的辐射光谱、太阳电池的光谱响应和太阳电池的短路电流这三者关系的理论推导,我们讨论了太阳能模拟器光谱失配及其校正方法中的一些问题。这些研究结果表明,设计性能优异的太阳能模拟器是消除光学性能对光伏测试影响最直接有效的途径。 在第二部分中,我们主要研究了A级辐照均匀性和A级辐射光谱的太阳能模拟器最优化光学设计:首先,我们细致测量了常用于太阳能模拟器的脉冲氙灯的光谱特性;其次,通过使用人工神经网络与光学仿真软件TracePro相结合的方法,我们设计了一个A级辐照均匀性(±2%)的大面积太阳能模拟器;最后,我们使用光学薄膜设计软件Macleod设计了太阳光谱拟合滤光片,使太阳能模拟器光谱失配度达到了A级(±25%)。 在第三部分中,我们对用于聚光太阳电池测试的高倍聚光太阳能模拟器,用于光伏组件耐候测试的紫外加速太阳能模拟器,以及用于薄膜电池测试的太阳能模拟器进行了初步的光学设计和分析。 本文的意义在于提出了一些新的方法用于太阳能模拟器的光学设计,并使设计成果转换成了相关产品,对于提高光伏测试的准确性有着积极的意义。 【关键词】：太阳模拟器 辐照均匀性 光谱 人工神经网络 LambertW函数
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 太阳能光伏技术和产业的发展10-12
• 1.2 光伏测试技术的发展与问题12-15
• 1.3 本文研究的内容与创新之处15-16
• 第二章 太阳能模拟器光学性能对光伏测试的影响16-32
• 2.1 太阳能模拟器的等级划分16-19
• 2.2 太阳电池的光照特性测试原理19-20
• 2.3 模拟器光学性能对太阳电池伏安特性的影响20-26
• 2.3.1 辐照不均匀性的实验设计与分析20-23
• 2.3.2 太阳能模拟器光谱失配的影响讨论23-26
• 2.4 模拟器光学性能对太阳电池模型参数的影响26-31
• 2.4.1 基于神经网络黑匣子的太阳电池参数提取26-28
• 2.4.2 基于Lambert' s W 函数的太阳电池模型参数分析28-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 人工神经网络黑匣子的构建32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 传统的误差反向传播神经网络32-36
• 3.2.1 生物神经网络与人工神经网络32-35
• 3.2.2 人工神经网络学习方式35-36
• 3.3 神经网络的代码实现36-37
• 3.4 具有记忆功能的神经网络黑匣子37-41
• 3.4.1 含太阳电池参数的神经网络黑匣子37-40
• 3.4.2 基于传统神经网络的黑匣子40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第四章 太阳能模拟器的光学设计与优化42-66
• 4.1 太阳能模拟器总体模型的选择42-43
• 4.2 管状脉冲氙灯光学特性测量实验43-48
• 4.2.1 管状氙灯的光强空间分布测量44-45
• 4.2.2 脉冲光的时间特性测量45
• 4.2.3 脉冲光的光谱特性测量45-48
• 4.3 太阳能模拟器辐照均匀性的仿真与优化48-55
• 4.3.1 人工神经网络黑匣子与软件TracePro 相结合48-50
• 4.3.2 辐照不均匀性的优化过程50-53
• 4.3.3 辐照不均匀性的优化结果53-55
• 4.4 太阳能模拟器A 级光谱失配度的实现55-65
• 4.4.1 光学薄膜基本理论和设计方法简介55-56
• 4.4.2 滤光片设计方案56-58
• 4.4.3 初始光谱与目标透过率58-59
• 4.4.4 基片设计59-60
• 4.4.5 膜层材料选择60
• 4.4.6 膜系设计与评价60-63
• 4.4.7 实物与滤光效果63-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第五章 几类特殊太阳模拟器的光学设计初步探讨66-74
• 5.1 高倍聚光太阳模拟器光学设计66-69
• 5.1.1 高倍聚光模拟器设计的难点66
• 5.1.2 “三足鼎立”式设计方案66-69
• 5.2 紫外加速太阳模拟器光学设计69-71
• 5.2.1 紫外加速太阳模拟器设计要求69
• 5.2.2 “UVA+UVB”组合设计方案69-71
• 5.3 用于薄膜太阳电池测试的太阳模拟器光学设计71-73
• 5.3.1 电容效应71-72
• 5.3.2 长脉冲单次闪光太阳模拟器72-73
• 5.4 本章小结73-74
• 第六章 全文总结与展望74-76
• 6.1 主要结论74-75
• 6.2 研究展望75-76
• 参考文献76-87
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文87-88
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目88-89
• 致谢89-91

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