基于matlab固定太阳能电池板光照强度仿真外文翻译资料

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每隔小时，有足够的太阳辐射到达地球并且还能满足世界人口的全年能源需求量。 在当地太阳的辐射是根据时间和天气条件的变化决定的。 在晴天的太阳辐射的峰值为约1000W / m 2。 在温带气候区，太阳能的年总量为1,000-1,200千瓦时/平方米; 在干旱的沙漠地区可达到2500 kWh / m2。

太阳辐射由两部分组成。 直接（或束）太阳辐射取决于太阳的位置并且可以借助于透镜或反射器来集中。 它主要在总辐射值高（晴天）时可用。 漫射太阳辐射作为散射光来自整个天空，并且不能由光学装置集中。 在中等纬度，全辐射或全辐射由60％的漫射和40％的直接辐射组成。 当总辐射值低（多云和有雾的天）时，漫射辐射占优势。 为此，这两种类型的辐射的利用取决于天气状况。

太阳辐射可以转换为不同形式的能量：

热：在太阳能收集器的帮助下，太阳可以对建筑物中的高温热产生主要贡献：用于家用热水和空间加热，以及通过热驱动冷却器用于冷却目的。 如果阳光直射集中，可能会产生非常高的温度。 这过程热量允许用于工业用途的大型中央加热系统产生或用于在火力发电站中发电。

电力：光伏发电机将直接和漫射的太阳辐射直接转换成电力。 这些系统的能量输出基本上与它们的表面积成比例，并且取决于全局辐射值。

化学能：化学反应器中的光催化过程或类似于自然光合作用的反应将直接和漫射的太阳辐射转化为化学能。 当用阳光照射时，二氧化碳和水被转化成生物能量。 然而，光合作用技术的模拟验证仍然没能成功。

太阳能收集器。 太阳能收集器在从紫外光到可见光到红外辐射的光谱范围内吸收所有的太阳辐射，包括直接和漫反射类型。 太阳能收集器然后将太阳辐射转换成热。 辐射直接加热传热介质流过的金属或聚合物吸收器。 这将所产生的热量传递给用户或存储单元。 光学元件应该选择吸收性材料，高度透亮的吸收版和在收集器中的良好的热绝缘确保尽可能多的太阳能被转换成有用的热。 可以达到50-150℃的温度。 具有防冻添加剂的水最常用作传热流体。 在真空管状收集器中，外玻璃管和吸收器之间的空间被抽真空。 这减少了由空气传导或对流（热水器原理）引起的热损失，从而可以实现更高的操作温度。 太阳能集热器单独安装在房屋上用太阳能对水进行加热，从而获得热水。 但是，当房屋的数量与新的窗户和保温性增加，并且它们的加热能耗降低，太阳能的利用正在呈现一种增长趋势。这导致安装太阳能收集器的系统包括表面积很大的大型的储热装置。

太阳能热发电站，不同类型的光学系统 - 跟踪透镜或反射器 - 将直接太阳辐射引导到吸收器上。 使用能量加热过程中，在二次回路中调节蒸汽 ，使用蒸汽驱动涡轮发电。三种基本类型的电站应用不同，以将太阳辐射集中到焦点或线上。 这些发电站有不同浓度因子，平均操作温度和输出功率值。 抛物槽式电站已经非常可靠; 太阳能塔和抛物面发电站，但是，仍然处于测试阶段。

在抛物线槽式发电站中，反射槽将太阳能束聚集到沿着焦线安装的吸收器管上。 热油被加热，其通过次级蒸汽回路驱动涡轮机。 目前，直接蒸发技术正在进行进一步的发展。 如果热油被可以被加热到更高温度的水 - 蒸汽混合物代替，则效率增加。 在未来，改进的选择性太阳能吸收器涂层应产生超过500℃的温度。

在抛物面碟系统中，直径为几米的抛物面反射器将直接太阳辐射聚焦到驱动发电机的热空气或斯特林发动机上。 斯特林发动机是在封闭空间中作为工作介质加热气体的机器。 由体积变化产生的能量被传递到活塞并且转换成机械能。 然后气体冷却，并通过加热再次压缩：该过程因此是周期性的。 反射器连续跟踪太阳。 如果太阳被遮蔽，则系统可以用化石燃料操作。 因此，当前的发展集中在太阳能/化学混合系统 中的一些能使用的生物能量。

在太阳能塔中，太阳辐射通过地面上的许多反射器（定日镜）集中在塔顶部的接收器上。 该系统由吸收器（黑线垫，多孔陶瓷，管束）和传热介质组成，传热介质可以是空气，蒸汽，液态钠或熔盐。 如果被加热到非常高的温度的空气可以用于驱动初级回路中的燃气涡轮机，则太阳能塔的效率值将显着提高。 剩余能量可以用于产生蒸汽，蒸汽驱动次级回路中的蒸汽轮机。

光伏发电。半导体材料的内部光效应是太阳能电池工作的物理基础。如果辐射在半导体中被吸收，则电子从基态（价带）被激发到导带中。对于要被吸收的辐射，其能量必须超过某一微小的水平，这取决于半导体材料。具有较少能量（较长波长）的太阳辐射不被半导体吸收，因此不能转换成电。通过电子的激发在价带中产生称为“空穴”的正电荷。通过适当地掺杂半导体，可以产生优先传导负电荷或正电荷的区域（分别为电子或空穴）。这些区域称为n型或p型。光激发电子倾向于集中在n型层中;在p型层中的电子空穴。这种电荷分离产生电势，其可以通过对层施加金属接触而被分接。电压的值取决于所使用的半导体材料的类型，通常在0.5-1V之间。可用电流与入射光强成正比。当暴露于非集中的太阳辐射时，硅的最大电流密度为45mA / cm 2。

在内部光效应中，光激发半导体材料（例如硅）中的电子。 电子从价带（基态）升高到导带。 价带中缺失的电子被描述为具有正电荷的“空穴”。 在两个不同掺杂半导体层（pn结）之间的界面处产生电场。 这导致电子和空穴在空间上分离。 如果施加负载，则电路闭合。 为了减少由反射引起的光损失，通常玻璃板的上表面是光学增强的。 由于电路的负电极必须连接到电池的上表面，因此触头指状物保持尽可能薄以最小化遮蔽损耗。

光

负极

处理表面

正极

p-n结/边界层

目前，用于太阳能电池生产的主要半导体材料是硅。 90％的所有太阳能电池目前是单晶硅或多晶硅。 单晶太阳能电池由从通过从硅熔体拉制产生的单晶切割的0.2mm薄晶片制成。 这些电池是高质量的，但是晶片的高价格也使得电池昂贵。硅太阳能电池的生产过程， 上段：在坩埚拉或Czochralski方法中，太阳能硅在石英坩埚中熔化。 将高纯度单晶硅的晶种引入熔体中并在旋转（2-250mm / h）下缓慢收缩。 在晶种上形成高纯度单晶硅，几乎所有的杂质留在熔体中。下段：在块状结晶方法中，硅丸在大的可熔体中熔化。 然后它慢慢地固化成多晶硅。 用于生产晶片的线锯切工艺对于两种方法是相同的。 圆柱体或方形块被切割成200mu;m厚度的晶片，由此50％的材料作为切割废料损失。 多晶太阳能电池中的晶面是不规则分布的，它们比单晶电池更便宜。 工业生产的多晶硅电池的效率值约为14％，而单晶晶胞电池的效率值为16％。 然而，中试生产线已经生产出效率值超过20％的电池。 对于特殊应用，还可提供由选择电池组成的效率值超过20％的模块。

薄膜太阳能电池。 许多其他半导体材料 - 与晶体硅相比，光吸收更强烈。 该类别中最着名的半导体材料是非晶硅（a-Si），铜铟二硒化物（CIS或具有镓，CIGS）和碲化镉（CdTe）。 还有许多其他候选材料和不同材料的组合（异质结太阳能电池和串联电池）。因此，由这些材料制成的太阳能电池可以更薄 - 通常几mu;m厚，并且可以在柔性基板上制造。另一个优点是可以用薄膜制造半透明光伏转换器。这些特别适合于建筑应用。大面积涂覆技术可用于将薄膜单元电池沉积到廉价的衬底如窗玻璃或金属箔上。单电池（电压在0.5-1.0 V之间）可以在生产过程中自动连接。第一条生产线目前正在为这些新型技术设置。仍然需要看到，这种类型的太阳能电池是否可以被制造为以比结晶硅 - 系统更低的价格产生显着量的功率，并且具有足够的长期稳定性。光伏市场正在迅速增长，目前预计晶体硅将在未来十年内占据市场。在CIGS太阳能电池中，光吸收层包含元素铜（Cu），铟（In），镓（Ga）和硒（Se）的化合物。 整个电池由许多不同类型的薄膜组成。 实验室测量的效率值超过19％，而工业生产中的效率值为10％至13％。 CIGS沉积过程本身和CIGS /缓冲/前接触界面的开发工作正在继续，因为这些对太阳能电池的性能和稳定性具有决定性的影响。

我们现在还在努力尝试使用晶体硅来减小单元厚度。然而，该方法要求使用在5-30mu;m厚的晶体结构（正常厚度为250mu;m）中的光学工艺（多次反射）“捕获”太阳辐射。这些电池可以由纸薄晶片或从直接从气相（外延层）沉积在合适的，不昂贵的基板上的薄膜制备。对于价格是不太重要的因素的空间应用，不仅结晶硅模块，还包括由诸如砷化镓（GaAs）的所谓III-V半导体制成的模块。这些电池提供相对高的效率值（约20％），低比重质量和对宇宙辐射的低灵敏度。堆叠的太阳能电池显着增加III-V太阳能电池的效率。堆叠中的每个部分单元被优化以将太阳能光谱的某一段转换成电。在集中的阳光下，三重太阳能电池产生几乎40％的效率值。这种类型的太阳能电池被开发空间应用和地面发电。它使用强聚光的太阳辐射，典型的聚光系数为500。在阳光区域，与大型工厂中的晶体硅电池相比，应该可以用这些电池更经济地产生光伏电力。这种晶体硅电池证明了晶圆与厚度为30mu;m足以产生太阳能电池效率值超过20％。

集中器模块。 以类似于热太阳能发电厂的方式，光伏系统也可以使用集中的太阳辐射，并且原则上更高的效率值是可行的。 镜头和反射镜用作聚光器。 集中光伏系统的一个优点是它们可以按比例缩放到所需的尺寸。 这意味着可以构造具有高效率值的小系统。 最常见的系统采用边长为5-10厘米的正方形菲涅耳透镜。 这些透镜将入射辐射集中在500倍。 太阳能电池的有效表面积为几平方毫米。 直接太阳辐射的系统效率值超过26％。 单个光电元件系统在具有几平方米的表面积的太阳跟踪模块中串联连接。

聚合物和有机分子。 尽管光伏领域的当前研究集中在无机半导体，但有机材料在光敏性和光伏效应方面提供新的替代品。 与常规硅太阳能电池相比的主要优点是：

1. 更便宜的生产方法
2. 更少的材料消耗柔性和轻的太阳能电池
3. 更高质量的环境
4. 多种类型的的太阳能电池

聚合物太阳能电池通常由供电子和受电子材料组成。 膜可以通过旋涂或者对于有机分子也通过真空工艺制备。 有机发光二极管的材料和技术密切相关。 该范围内的快速增长在35％的范围内，有机和聚合物太阳能电池的效率值仍然与无机太阳能电池不相称。 这些细胞也不能保证长期稳定性。 纳米结晶染料敏化太阳能电池。这些电池由非常多孔的导电基材（例如n型二氧化钛）组成，其被电解质或离子导电聚合物渗透。 实际的太阳能吸收过程发生在纳米晶体结构的染料分子上。

第一个大型生产设备使用太阳能集热器中使用的吸收板是选择性涂层。 这些工厂通常使用在线投放技术，每年可以涂覆高达100万平方米的铜或铝箔。 太阳能热能将覆盖欧洲50％的供热需求; 从长期来看，这些技术将在几乎所有建筑中使用，涵盖翻新建筑中的50％以上的供暖和制冷需求以及100％的新建筑。

10 mW：袖珍计算器

100 W：停车券分配器

50千瓦：慕尼黑机场终端屋顶的光伏系统，包括约2,856块多晶硅模块， 4000平方米。

5000千瓦：世界上最大的太阳能发电站之一，莱比锡土地，包括33,264太阳能模块在一个太阳能发电机阵列覆盖16公顷。

许多研究人员已经在国家中研究了太阳辐射，简而言之，以前的工作使用各种技术进行分析并测量太阳强度和太阳行为，而不考虑具体的定向因素。尽管有吸引力，赤道热带在不同方位角和倾角处的太阳强度的调查研究很少。大多数研究报道，在中纬度地区，可能不适用于以低纬度地区为特征的低纬度地区变异。在马来西亚，一些文章对定向方面感兴趣。 估计太阳能收集器在某些操作时期的最佳坡度，为季节性太阳能应用提出最佳坡度。在建筑中的太阳能方面，已经注意到现成的收集器通常安装在屋顶表面上，遵循现有的表面取向。 虽然建筑屋顶系统总是位于太阳能单元的位置，屋顶表面与预定方向和较差的建筑均匀性的限制空间揭示了优化的局限性。 由于绿色理念，建筑集成太阳能系统的模型目前吸引了很多关注，其中集成已经在具有不同取向的建筑物的各种外墙上进行，诸如墙壁，窗户，屋顶，沟槽，阳台，遮阳篷和快门 。 该方案扩展了方向的多样性，其中在各种方向的太阳能源的研究已经被认为是评估建筑物中太阳能系统的潜力的主要基础。另一项研究[是处理热水系统的最佳斜率。在其他低纬度地区，Yakup和Malik 估计了文莱太阳能收集器的最佳定向。他们建议每年改变最佳倾斜角12次，其中输出与每天改变的最佳倾斜角定量比较。 评估了巴西建筑物在0和30S之间纬度的光伏应用的各种表面上接收的太阳辐射强度。他们指出，最佳值可以高于9。为尼日利亚的太阳能加热系统的性能提升提出每月优化的倾斜角。建议的倾角范围在plusmn;25°之间。在“经验法则”中，南向表面为位于北半球的地区提供了太阳辐射能量收集，反之亦然。这在中高纬度地区是正确的，其中太阳倾向于南部或北部的天空更长的一段时间期。 然而，在低纬度地区，情况是不相同的。 太阳倾斜到南方和北方天空的场地在一年内有更均匀的时期。因此，对于低纬度，尽管其位置在北半球，北方向的表面可以可能拦截显着量的太阳辐照度。它导致一个合理的假设，北向组件可以接收合理的辐射量能源。 预期最佳倾斜角度被定位面向北方为季节性最佳能量收集。

在目前的工作中，分析了在1年内各种方位角和倾斜角的表

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