基于Simulink的CIMJ三结聚光太阳电池建模仿真与性能优化

本文主要探讨了基于Simulink的CIMJ三结（InGaP/InGaAs/Ge）聚光太阳能电池的建模与仿真研究。CIMJ太阳能电池是电子设计工程领域的一个重要应用实例，其在解决能源短缺和环保问题上具有重要意义，特别是在航天领域的应用中，由于空间环境的极端条件，如剧烈的温度变化和强烈的辐射，对电池的性能有极高要求。 研究首先基于单二极管等效原理构建了三结太阳能电池模型，这个模型是理论与实践相结合的关键，它能精确地模拟电池的工作原理。选择AM0光照条件，这是太阳光的一种标准参考条件，代表了大气层外的直接辐射强度。文章采用了黑体辐射理论，通过理论计算方法确定了各个子电池的短路电流密度，这些数值对于电路模型的建立至关重要。 作者使用Matlab软件中的Simulink模块，将计算出的参数转化为实际的电路仿真模型。这个过程涉及到复杂的电路分析和信号处理技术，旨在模拟电池在不同条件下的行为，包括温度和聚光因子的变化。通过与Spectrolab公司的实验数据进行对比，验证了所建立模型的准确性。 研究结果显示，在AM0光照下，当温度为0℃，随着聚光因子从1增加到450，CIMJ电池的光电转换效率达到了最高，达到32.93%。然而，随着聚光因子进一步增大，电池的效率开始下降。这说明优化聚光系统对于提高太阳能电池效率具有重要作用。通过这种仿真模型，可以预测在太空环境下不同温度和光照条件下，太阳能电池的实际性能表现，从而为航天器供电系统的优化设计提供科学依据。 本文的贡献在于提供了一个实用的工具，能够帮助工程师预测和优化太阳能电池在极端条件下的性能，这对于推进太阳能电池在航天领域的应用具有实际价值，并为可持续发展的能源策略提供了支持。