高转换效率的CdTe薄膜太阳能电池性能与MPPT控制方法研究

发布时间：2020-08-08 03:16

【摘要】：适应全球能源和环保新要求,太阳能等清洁低碳新能源正在快速发展,光伏产业迎来黄金期,中国成为世界最大光伏生产国。光伏发电系统广泛应用于交通领域,例如:新能源汽车充电桩、太阳能汽车、太阳能船舶、交通/铁路信号灯等。目前光伏发电系统的主要问题是太阳能电池的转换效率较低且价格高。突破技术制约、降低成本,对光伏产业技术创新具有重大意义。本文在国家自然科学基金面上项目“高转换效率CdTe薄膜太阳能电池关键科学问题及电池制备”(51272247)和4项湖北省级光伏相关项目的资助下,选择CdTe薄膜太阳能电池发电系统为研究对象,针对光伏发电系统核心技术问题—CdTe薄膜太阳能电池性能与MPPT控制方法进行研究。本文建立CdTe薄膜太阳能电池工程模型用以优化设计方案,提出一种适合CdTe薄膜太阳能电池发电系统的MPPT逻辑控制法,提高了光伏发电系统的稳定性和发电效率。本文完成的主要工作和取得的研究结果如下:(1)针对“高转换效率的CdTe薄膜太阳能电池性能”问题,通过掺杂Cu对CdTe薄膜太阳能电池性能影响的试验研究,提出了掺杂Cu来提高CdTe薄膜太阳能电池的高转换效率方法;通过对CdTe薄膜太阳能电池的弱光性能的试验研究,发现CdTe薄膜太阳能电池是弱光下最好的光伏器件之一。(2)针对“MPPT控制方法”问题,研究并构建了任意光照强度和温度条件下的CdTe薄膜太阳能电池工程模型,应用Matlab/Simulink建立其仿真模型并仿真研究CdTe薄膜太阳能电池的输出特性。(3)针对“CdTe薄膜太阳能电池性能”和“MPPT控制方法问题”,根据MPPT的评价指标要求,提出了CdTe薄膜太阳能电池MPPT逻辑控制方法;以构建的CdTe薄膜太阳能电池的工程数学模型为对象,对CdTe薄膜太阳能电池MPPT逻辑控制方法进行了仿真,与MPPT电导增量法进行了比较,其仿真研究表明了CdTe薄膜太阳能MPPT逻辑控制方法具有较好的动态性能和稳态性能。(4)构建了CdTe薄膜太阳能电池发电系统MPPT控制试验平台,提出了CdTe薄膜太阳能电池发电系统的MPPT控制试验方法,进行了CdTe薄膜太阳能电池输出特性与发电系统MPPT控制方法的试验研究,验证了CdTe薄膜太阳能电池发电系统MPPT逻辑控制方法的实用性及其效果。本文着眼于CdTe薄膜太阳能电池光伏发电系统整体,针对系统中若干关键技术在理论研究、计算机仿真和试验平台构建进行了有益的探索,研究了高转换效率CdTe薄膜太阳能电池性能与MPPT控制方法,开发了一套CdTe薄膜太阳能电池光伏发电系统MPPT控制试验平台,通过对比性试验,研究结果表明了理论和仿真研究的正确性。研究结果为CdTe薄膜太阳能电池的设计和制备和相应的CdTe薄膜太阳能电池发电系统的开发初步奠定了理论和技术基础。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.42
【图文】：

图 2-1 高转换效率的 CdTe 薄膜太阳能电池的结构在历史上，对于高转换效率的 CdTe 薄膜太阳能电池的转换效率的提高，利用CdS薄膜作为N型窗口层是关键的一步进展。CdS材料的禁带宽度为2.41 eV，因此CdS不吸收大部分太阳光，但对于小于510 nm波长的光有比较强烈的吸收。为了减少光在 CdS 薄膜中的吸收损失，目前采取的最有效的方法是减少 CdS 薄

窗口层CdS断面SEM图

光吸收层CdTe扫描电镜截面图(a)及表面图(b)

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本文编号：2784956