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太阳能电池全年候发电量预测模拟研究

赵昕海1, 黄超鹏1
1浙江省白马湖实验室有限公司
Published in 2024

高效光伏发电是以清洁能源实现未来碳中和的重要环节，然而太阳能电池在实地、连续昼夜切换的光谱下的发电效率并未得到充分优化。基于此类问题，我们提出一种使用COMSOL + MATLAB LiveLink预测全年候电池平均发电量、针对实际光谱优化电池结构的方法。

本模型涉及两个研究步骤。在研究1中，我们使用波动光学模块/数学pde计算晶硅太阳能电池中全波长下的二维光电场分布（图1(a)）及外量子转换效率，运用网格的映射大幅减少此步骤的计算时长，并使用sum + withsol的算子实现在半导体物理场中调用光学计算得出的总载流子生成率（图1(b)）。在研究2中，我们使用半导体模块计算平均终端电流密度，生成i-V曲线（图1(c)）。在基础模型搭建测试完成后，我们使用LiveLink for MATLAB模块辅助进行全年太阳光谱扫描，并用粒子群算法将晶硅绒面结构、厚度及掺杂浓度等参数进行全局优化（图2）。

通过仿真，我们可以预估在标准AM1.5G测试光谱及实际全天候光谱下最佳单位面积发电量及优化后的参数，并可以根据电池的实际运作环境来反馈调整电池的各层厚度、绒面形貌等几何结构。此模型也可应用于新型的钙钛矿及叠层电池的光电模拟，且可结合电池成本，在后续进行帕累托前沿的优化，扩展应用于预估各种方案的平准化度电成本。

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