全工况下光伏组件输出特性的预测建模与研究EI北大核心CSCD

在光生电流远大于二极管反向饱和电流,并联电阻为无穷大且二极管反向饱和电流与光强无关的假设条件下,理论上推导出全工况光伏组件输出特性预测模型,并采用Matlab/Simulink搭建了仿真系统.对单(多)晶硅光伏组件的实验与预测对比,表明模型可以准确预测组件在任意光强与温度下的输出特性,预测误差在6%以下.研究结果发现,相对于光强变化,温度变化对组件输出特性预测影响更大;多晶硅组件预测难于单晶硅组件.对实际环境中单位光强与单位温度实时改变时的预测表明,组件输出主要由所受辐照总光强决定,而不是器件温度;且需要根据外界情况调整组件的输出电压,以实现最大功率输出.     

光伏电池组件隐式、显式单二极管模型准确性对比研究

光伏电池组件非线性输出特性的物理建模及其优化参数的准确提取是光伏发电系统设计计算、性能评估及优化控制的重要前提.相对于传统的隐式单二极管模型,该文在光伏电池显式单二极管模型的基础上利用Lambert W函数推导了光伏组件的显式单二极管模型,提出一种基于重启边界约束Nelder-Mead单纯形算法的参数提取方法rbcNM,并利用两种典型光伏电池组件的实测数据对隐式、显式单二极管模型的准确性进行了对比测试和验证.结果表明:rbcNM算法可以快速准确的提取隐式、显式单二极管模型的优化参数,计算结果与实测数据具有很好的一致性,相对于已有文献在准确度上取得了大幅度的提升;显式单二极管模型的准确性显著高于隐式单二极管模型,对光伏电池组件的电流-电压和功率-电压特性曲线具有更高的拟合精度.     

对用伏安法测二极管反向饱和电流的讨论

高等学校试用的《普通物理实验》一书中,关于“用伏安法测二极管的特性”实验要求根据测量数据计算出e/kT值,为此需测出二极管的反向饱和电流I_c。课本中的方法是:反向电压取5V、10V、15V三种不同值,将得到的电流取平均后就可作为I_e值。我们认为这样测I_e的方法不妥。理论分析指出,在一定的温度下,二极管的反向饱和电流在|U_D|足够大时,是基本不随电压变化的电流。这时二极管的p—n结各     

硅p-n结太阳电池对DF激光的响应

 对硅p-n结太阳电池在DF激光辐照下的响应进行了理论和实验研究。推导了p-n结反向饱和电流随温度的近似变化关系。根据该近似关系，计算了太阳电池在DF激光辐照过程中输出电压的变化曲线。计算结果和实验结果之间取得了比较好的一致性。     

拓展太阳能光伏电池特性综合实验的教学探索

太阳能电池基本特性测定是目前大学开设的常规实验,其主要是对电池的伏安特性作初步的分析和研究.为了拓展实验内容,进一步培养学生的综合知识能力,本文借助光伏效应实验仪,设计并开展了评价光伏电池内部性能的串联电阻等5个特征参数提取实验.结果表明,温度变化对电池电流影响小,而对电压影响大;此外,还发现温度变化对电池串联电阻影响最小,而对反向饱和电流影响剧烈.该实验不仅可以帮助学生掌握光伏电池的I-V特性及I-V特性对温度的依赖关系,更重要是通过实验数据分析与处理学习,帮助学生理解光伏电池内部本征参数随温度的变化规律,培养学生分析问题和解决问题的能力.     

间接耦合硅光敏器件提出的前后

在研制硅光敏器件的十多年中,我们注意到两点:一是硅光敏器件的成品率不够高;二是无法用它们探测微弱的光,即它们的信噪比较小.这两点是由同一原因引起的,那就是它们的暗电流偏大. 结型光敏器件的原理是基于描述p-n结光电特性的位移近似公式[1]:式中IL 为输出的信号电流,I.c为p-n结的短路电流,Ic是p-n结的反向饱和电流,V为加在p-n结上的电压(光生电压或外加的电压),q为电量,k为玻耳兹曼常数,T为温度.光敏二极管(用于光伏效应器件时除外)、光敏三极管和达林顿光敏管都是使接受入射光的p-n结(以下简称为受光p-n结)处于反向偏压下工作,即V《…     

基于PN结的I-V特性精确获得物理参量

基于实验室原有的测量PN结电阻温度特性装置,获得了不同温度下的PN结伏安特性曲线.通过对PN结的标准I-V特性作对数处理,并对ln I-U曲线拟合,从拟合曲线的斜率和截距得到了玻尔兹曼常量k和反向饱和电流IS,同时,测试结果还给出了反向饱和电流I_S的温度变化关系,利用One-first软件对数据进一步处理后,得到了理想化因子和材料的禁带宽度.     

光伏碲镉汞探测器在波段内连续激光辐照下的非线性响应机理研究

利用波段内连续激光, 辐照禁带宽度为0.33 eV的中波光伏碲镉汞探测器. 实验结果表明, 随着辐照激光光强的逐渐增大, 探测器从线性响应过渡为非线性响应. 当探测器进入非线性状态, 探测器的开路电压随激光光强的增大而减小, 且在激光开启辐照时开路电压信号迅速下跳, 在激光停止辐照时开路电压信号迅速上跳. 通过考虑激光辐照下探测器的温度场分布以及温度对p-n结内建电场的影响, 结合考虑机械快门在开启和关闭时对激光光强变化的影响, 建立了光伏探测器在波段内连续激光辐照下的解析模型, 模型计算结果与实验结果吻合得较好. 研究表明, 激光辐照过程中的非线性响应, 主要由温度对p-n结内建电场的影响决定, 激光开启和关闭时的开路电压的幅值是由光强和温度共同决定.     

InAs量子点在肖特基势垒二极管输运特性中的影响

在77到292K的范围内,系统研究了含InAs自组装量子点的金属-半导体-金属双肖特基势垒二极管的输运特性.随着温度上升,量子点的存储效应引起的电流回路逐渐减小.在测试温度范围内,通过量子点的共振隧穿过程在电流电压(I-V)曲线中造成台阶结构,且使电流回路随温度的上升急剧减小.根据肖特基势垒的反向I-V曲线,计算了势垒的反向饱和电流密度和平均理想因子.发现共振随穿效应使肖特基势垒在更大的程度上偏离了理想情况,而量子点的电子存储效应主要改变了肖特基势垒的有效势垒高度,从而影响了势垒的反向饱和电流密度 关键词： 自组装量子点 肖特基势垒 电流-电压特性     

基于温度测量法的光伏阵列失效组件监测系统的设计

为了解决光伏阵列电站中的光伏组件由于各种原因产生失效,不能及时发现、维护而导致较大的经济损失问题,提出了一种通过在PV组件接线盒上安装无线温度传感器,动态的监控旁路二极管温度间接监测失效组件的新方法,该方法能够在不影响光伏组件结构的情况下及时发现、定位光伏阵列中失效的光伏组件;文中对热斑效应形成和温度测量法的联系以及异常数据点的处理做了较为详细的阐述,设计了温度采集和无线传输系统的硬件电路,电路简单、可靠,成本低廉易于实现,采集精度符合设计要求;并编写了PC端的的监测系统的程序,通过对PV组件失效进行遮挡验证,结果表明基于温度测量法的光伏阵列失效组件监测系统检测结果可靠温度,易于使用。     

表面电荷与体陷阱对GaN基HEMT器件热电子和量子效应的影响研究

研究了GaN基HEMT器件表面电荷和体陷阱的变化对输出特性的影响.通过分析表面电荷与体陷阱对电流坍塌效应、饱和电流和膝点电压的影响,初步确定了其变化关系.研究结果显示表面电荷的增加能够耗尽二维电子气,减弱电流坍塌效应,降低饱和电流,使膝点电压非正常后移.同时,体陷阱的减小可以有效减弱电流坍塌效应,增大饱和电流,且膝点电压基本保持不变.晶格温度较低时,热电子效应和量子隧穿效应对电流坍塌效应影响显著.采用流体动力学模型,分析了引起电流坍塌效应的内在物理机制,并获得了器件设计和制备的优化方案.     

硅的间接跃迁双光子吸收系数谱

利用皮秒Nd:YAG脉冲激光器作为激发光源,测量出光子能量介于1.36 μm (0.912 eV)—1.80 μm (0.689 eV)之间的硅间接跃迁双光子吸收系数谱.尽管此波段范围内的激光光子能量小于硅间接带隙,但当激光辐照在硅基光电二极管受光面时,在二极管两电极端仍然探测到了显著的脉冲光伏信号.光伏信号峰值强度与入射光强呈二次幂函数关系,表明其是双光子吸收过程.采用pn结等效结电容充放电模型,将光伏响应信号峰值与入射光强相关联,从中提取出硅的间接跃迁双光子吸收系数,改变入射波长得到系数谱.研究表明:     

两类光伏发电工程模型的适用性研究

光伏发电模型的研究对于预测和分析光伏发电受外界的影响具有重要意义.本文研究并分析了两类光伏发电工程模型的适用性,一类是基于并联电阻无穷大下的简化模型(称简化模型),另外一类是基于幂律函数下的指数模型(称指数模型);结果首先表明,两类模型总体都可以比较精确的描述电池输出特性,但两类模型的理论与实验误差随偏压上升而上升;原因在于,高偏置下电池的特征已改变,无法用理想恒流源、理想二极管来描述电池属性.其次,发现当光照强度或电池温度改变的时候,两类模型的理论与实验之间误差都上升;原因在于两方面,第一在于外界环境变化,电池的非线性效应明显,模型无法适应电池的实际变化;此外,两类模型都是基于标准测试情况下的参考值来预估电池发电特征;因此,模型对于偏离标准情况下的分析就会有误差.最后,注意到指数模型整体优于简化模型,更加适应任意情况下的电池发电特性;原因在于两方面,一方面是指数模型考虑了光照强度对电流与电压的影响,而简化模型仅仅考虑了光照强度对电流的影响;另外一方面指数模型考虑了短路电流、开路电压、最大功率点电流和电压4个温度系数,而简化模型仅仅考虑了两个温度补偿系数.     

复色光伏孤子的稳定性

给出求解复色孤子半高宽的近似方法，该方法对分析复色光束的演化提供一个定性的基础 .进一步的数值模拟结果表明，当入射双曲正割光束满足复色光伏孤子半高宽与中心光强的 关系时，双曲正割光束在晶体中的传播就非常接近孤子，表明复色光伏孤子对于小的微扰是 稳定的.此外，复色光伏孤子对于小的轴偏离具有较好的稳定性；复色光伏孤子对因温度微 扰引起折射率变化的情况也具有较好的稳定性.一般情况下，初始光强分布接近复色光伏孤 子光强分布的两束光的光强在传播过程中不断地起伏，形成呼吸状结构，但如果入射面处的 光强明显偏离孤子的光 关键词： 复色光伏空间孤子 稳定性     

聚光光强对光伏电池阵列输出性能的影响

基于槽式聚光热电联供系统,深入分析晶硅电池阵列和砷化镓电池阵列在高倍聚光下的输出特性及输出功率的影响因素.研究结果表明,聚光光强下砷化镓电池阵列输出性能优于晶硅电池阵列,高光强会导致光伏电池禁带宽度变窄,短路电流成倍增加,增加输出功率,但同时耗尽层复合率变大,开路电压降低,制约阵列的输出功率;高光强还引起电池温度升高,电池阵列串联内阻增加.分析表明聚光作用下电池阵列串联内阻对输出功率影响巨大,串联内阻从0 Ω增加1 Ω,四种电池阵列输出功率分别损失67.78%,74.93%,77.30%和58.01%. 关键词： 热电联供 太阳电池阵列 串联内阻 输出功率     

表面电荷与体陷阱对GaN基HEMT器件热电子和量子效应的影响研究

研究了GaN基HEMT器件表面电荷和体陷阱的变化对输出特性的影响.通过分析表面电荷与体陷阱对电流坍塌效应、饱和电流和膝点电压的影响,初步确定了其变化关系.研究结果显示表面电荷的增加能够耗尽二维电子气,减弱电流坍塌效应,降低饱和电流,使膝点电压非正常后移.同时,体陷阱的减小可以有效减弱电流坍塌效应,增大饱和电流,且膝点电压基本保持不变.晶格温度较低时,热电子效应和量子隧穿效应对电流坍塌效应影响显著.采用流体动力学模型,分析了引起电流坍塌效应的内在物理机制,并获得了器件设计和制备的优化方案. 关键词： GaN-HEMT器件 电流坍塌效应 热电子效应 表面电荷     

光伏电池发电仿真实验

借助Matlab/Simulink模块建立光伏发电仿真模型并应用于教学实践,解决目前相关课程缺乏丰富实验条件的问题.针对不同温度与光强下光伏发电的仿真,发现光强1 000W/m2情况下,温度在0～100℃区间内电池输出功率随温度升高而下降;温度25℃情况下,光强在400～1 200W/m2区间电池功率随光强的升高而升高.探索与总结出了该类仿真教学的注意事项,并提出了提高仿真实验教学效果的方法,为光伏发电技术等相关课程的仿真教学提供了新的途径及方法.     

基于感光栅极GaN高迁移率晶体管的新型探测器制备与优化（英文）

利用GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的栅控特性和锆钛酸铅(PZT)铁电薄膜的光伏效应,在HEMT器件的栅极处沉积一层PZT铁电薄膜,提出了一种新型的(光敏感层/HEMT)探测结构.为制备出光伏性能优异的薄膜,对不同的溅射功率和退火温度制备的PZT铁电薄膜进行表面形貌和铁电性能分析.发现200 W溅射功率、700℃的退火温度制备的薄膜表面晶粒生长明显,剩余极化强度为38.0μC·cm-2.工艺制备GaN基HEMT器件并把PZT薄膜沉积到器件栅极上.在无光和365nm紫外光照射下对有、无铁电薄膜的HEMT探测器的输出特性进行测试.结果显示,在光照时,有铁电薄膜的HEMT器件相较于无光时,源-漏饱和电压最多降低3.55V,饱和电流最多增加5.84mA,表明新型感光栅极HEMT探测器对紫外光具有优异的探测效果.为实现对新型探测器的结构进行优化的目的,对栅长为1μm、2μm和3μm等不同栅长的探测器进行光照测试.结果表明,在紫外光照射下,三种探测器的漏极饱和电流分别为23mA、20mA和17mA,所以栅长越长器件的饱和电流越小,探测性能越差.     

半导体激光无线传能中光伏电池转换效率

为选择合适的激光参量与光伏电池参量,以提高激光无线能量传输(LWPT)系统的能量转换效率,通过实验研究了LWPT系统中能量接收单元,也即光伏电池在半导体激光照射下的输出特性。通过波长为808 nm和915 nm的激光辐照GaAs和Si光伏电池,研究了不同激光功率密度、光伏电池温度、电池类型以及激光入射角度对光伏电池输出特性与能量转换效率的影响。实验中,在波长为808 nm的激光功率密度从0.06 W/cm2上升至0.37 W/cm2的过程中,Si电池的最大输出功率从0.12 W上升至0.32 W,能量转换效率从50.9%下降至21.2%;GaAs电池的最大输出功率从0.40 W上升到1.07 W,能量转换效率从57.9%下降至23.8%。随着激光功率密度的增加,光伏电池的输出功率先增加而后趋于饱和,但是高功率密度激光引起的电池温升会导致其光电转换效率的下降,所以激光功率密度的选择与光伏电池温度的控制是提高LWPT系统能量转换效率的关键因素。     

非均匀输入图像对基于细菌视紫红质膜的新事物滤波器输出特性的数值模拟

研究了基于细菌视紫红质(bR)膜的新事物滤波器的非均匀输入图像对输出图像特性的影响.与具有均匀光强分布的输入图像相比，在正弦分布的输入图像情况下，输出图像的光强分布不再呈现单调变化，而是出现两个峰值，其中间有较小的光强.bR膜的M态寿命和物体运动速度对输出图像上蓝光光强的分布有一定影响.M态寿命越大，透过的蓝光光强越小，减小的幅度是随着M态寿命的增加而减小，当M态寿命τ>50s时，减小的幅度几乎为零.在相同的入射光情况下，对于输出图像的相同位置，输入图像的运动速度越大，其输出的蓝光光强越大. 关键词： 细菌视紫红质膜 新事物滤波器 非均匀输入图像 输出特性