太阳能光伏电池阵列仿真模型的研究.doc

1、 本文由滴血太行花贡献pdf 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。电工电气（ ） 太 阳能光伏 电池阵列仿真模型 的研究 太阳能光伏 电池 阵列仿 真模型 的研 究 王越 ， 王念 春 ， 时斌 （ 东南大学 电气工程学院 ，江苏 南京 ） 摘一要 ： 应用仿真软件 的 工具 ，在光伏 电池阵列 的物理数学模型基础上 ，建立了 种光伏 电池 阵列工作 的仿 真模 型。给 出了仿真模 型 内部结构 图，并在不同的光照强度、环境温度 以及 多种 串并联联接方式 下，对不 同型 号的太 阳能电池进行 仿真。仿真结果表明，光伏 电池 阵列模 型输出基 本

2、 同实际输 出相似 。 关键词 ： 光伏 电池 阵列 ； 仿真 ；最大功率 点 中图分类号： 文献标识码 ： 文章编号： ， ， （ ， ， ） ： ， ， ， ， ， ： ； ； 在 构建 一个光 伏系 统 时， 由于其在 不 同的光照 强度 和温度 下 的输 出功 率有 较大 的变化 ，如 果采用 起 的光 电效应 ，其基 本特性 和二 极管类似 ，可用 简 单的 结来 说 明 。当具 有适 当能量 的光 子入 射 于 真实 的光伏 电池 的 阵列 ，则成本会 很 高 。尤其 是 当 被 研 究 的 光伏 系统 的功 率 在 数 百 瓦 甚 至 更大 级 别 时，为 了降低投 资 ，提 高

3、 系统 的可行性 ，建 立光伏 电池 阵列模 型就 显得十 分重要 。 光伏 电池 阵列模 型可 以模拟 出在 不 同的光照 强 度 、环境温 度 以及不 同组 合下 的光伏 电池 阵列 的特 性 、负载 能力 与系统 的性 能 ，可 以大 大缩 短光伏 系 统 的研 究 周 期 ，提 高研 究 效率 和 研 究 结 果 的 可 信 半 导体 时，光 与构成 半导体 的材料 相互 作用产 生 电 子和 空穴 （ 因失去 电子而带 正电荷 ） 电子接 收光能 ， ， 向 型半 导体 扩散 ，使 型 半导体 带负 电， 同时空 穴 向 型半 导体移动 ，使 型半 导体带正 电，这样 ， 在 结两

4、端便 产 生 了电动 势 。这 时，分 别在 型 半导 体和 型 半导 体 电极 处焊 上金属 导线 ，接 通负 载 ，则外 电路便有 电流通 过 ，构成 电池元 件 。 图 光伏 电池等 效 电路 ，其 工作 原理 为 ：当 是光 照恒 定 时， 由于 光 生 电流 不 随光 伏 电池 的 工 度 。因此建立 光伏 电池 阵列模 型在 实 际工作 中是非 常必要 的 。本 文介绍 了一种在 环 作状 态而 变化 ， 因此在 等效 电路 中可 以看 作是一 个 恒 流源 。光伏 电池 的两端接 入负载 后 ，光生 电流 流 过 负载 ，从 而在 负载 的两 端建 立起 端 电压 。负 载 端

5、电压 反作用 于光伏 电池 的 结上 ，产生一股 与 光 生 电流 方 向相 反 的电流 。此 外 ， 由于太 阳能光 境下 ，模 拟一个 实用 的光 伏 电池 阵列模 型的方法 。 光伏 电池 阵 列模 型 的建 立 光 伏 电池 的发 电是 利用 光入射 于半 导体 时所 弓 伏 电池 板前后 表面 的 电极 以及材 料本身 所带有 的 电 阻率 ，当工作 电流流 过板 子时必 然会 引起 电池板 内 作者 简介 ：王越 （ ） 一 ，男 ，硕 士研 究生 ，研 究方 向为 电力 电子 与 电力传动 ； 王念 春 （ 一） 男 ， 授 ， ， 教 博士 ， 究方 向为 电力 电子 应用技

6、术 、 研 嵌入 式系 统与软 件开发 、 能仪器 等方面 ； 智 时斌 （ ， ， 一） 男 副教 授 ， 博士 ， 究方 向为新 能源 发 电技 术的应 用 、变 电站 仿真和 计算机 测控技 术等方 面 。 研 一 太阳能光伏 电池 阵硼伤真模 型的研 究 电工电气 （ ） 部 的串联损耗 ， 引入 串联 电阻 。串联 电阻越 大 ， 故 线路损 耗越大 ，光 伏 电池 输 出效率 越低 。在 实 际的 太 阳 能光伏 电池 中，一般 串联 电阻都 比较小 ，大 都 在 。 至几 欧之 间。另外 ， 。 由于制造 工艺 的 因素 ， 光 伏 电池 的边 缘和 金属 电极在 制作 时可 能

7、会 产生微 小的裂 痕 、划 痕 ，从而会 形成 漏 电 ，导致 本来 要流 并联 和 串联 的个数 。相 应 的光伏 阵列模 块 中 ，在 考 虑 到光照 强度及 温 度变化 的情况 下 ，分析光 伏 电池 工作 原理 可得 ： 。 （ 。 。 ）（） 式中： 为标准 测试 条件下测 得的光伏 电池 的短 路 电流 ； 为光照强度 ； 为光伏 电池 的短 路 电流温度 系数 ； 标注测试条件是指光伏 电池的绝对温度 与光 照强度 酣 的值为参考值 ， 即分别为 口 。 胼 当光伏 电池 处 于开 路状 态 时 。代 入 ； 式 （） 得反 向饱和 电流 的表达 式 为 ： 可 过 负载 的光

8、生 电流被 短路 掉 ，因此 引入 一个 并联 电 阻其 中 来 等效 。相 对于 串联 电阻来 说 ，并联 电 阻比较 大 ，一般在 以上 。 ，三厶 三 ） ， 力 （ ，） 一 （） （） 。 。 卜 。 （ ） 式 中： 一 为标准 测试条 件下 测得 的光伏 电池 的开 路 电压 ； 为光伏 电池 的开路 电压温度 系数 。 图光伏 电池等效 电路 图 由等 效 电路 图可得 光伏 电池特 性 的一般 公式 ： 当 光 伏 阵 列 模 块 工 作 在 最 大 功 率 点 时 ， 由式 （） 求得 ： 可 （ 。 ） （） 式 中 ： 为 光伏 电池 的输 出电流 ； 为 结 电 流

9、； 为反 向饱和 电流 ； 为 输 出 电压 ； 为绝对 温 度 （） 是 单位 电荷 ，其 值 为 。 ； 玻 ； 是） 一 一 （） 了 式 中： 为光伏 电池最大 功率点 的工作 电压 ； 为光伏 电池最 大功 率点 的工作 电流 。 基于 上述 的数 学模 型 ，在 环 境下 建立 光伏 电池 阵列 的通 用仿 真模 型 ，其 内部 结 构如 图 示 。创建 子系 统 ，并在其 内封装 、 、 所 、 以及 门、 等参 数 ，这些 参数可 由厂 家给定 产 品数据 中获得 。仿 真 时 ，可 以方 便 的对 不 同的光 伏 电池 阵列进 行 设置 。 如 图 中所 示 ，利用 工 具

10、，在光伏 电池 陈列 的物 理数 字模 型基 础 上 ，建立 光伏 电池 阵列 的 仿 真 模 型 。其 中模 块 输 入 为温 度 ；光 照强 度 ；模 块 的输 出为光 伏 电池 阵列 工作 电压 晌 电流 出 。耳 兹曼 常 数 ，其 值 为 。 ；为二 极 管 理想 常 数 ，其 值 常 在 之 间变 化 。通 常 情 况 下 式 （） 中的 （螂 。 ） 佃 项远 远 小于 光伏 电池输 出 电 流 ， 因此 该项 可 以忽 略 。 由于 单个 光伏 电池产 生 的 电压 很小 。 因此 ，在 实 际 中，需要通 过对 许 多小单 位 的光伏 电池 串、 并 联 交替组 合来得 到期

11、 望 的直流 电压或 电流 。据 此 可 以得 到简化 的光伏 电池 模块 的输 出特性 方程 ： ） （） 式 中 ：力 、 分别 为光 伏 阵列模 块 中光伏 电池 。 图光伏 电池阵列仿真模 型 内部结构 图 一 电工电气（ ） 太阳能光伏电池阵歹仿真模型的研究 仿真结果及分析 根 据 现 有 实验 设 备 ，设 置 光 伏 电池 阵 列 参 数 为 ： ； ； ； ， 。 ；力： ；妇 。 ； 一 ， 时光 伏 电池 阵 列 一 、 曲线 如 图 、图 所示 。 在温 度 时 ，测得光 照强度 为 ， ， 时的光伏 电池 阵列 一 曲线 如 图 一 、尸 、 图 所 示 。 图光伏 电

12、池阵列的 随温度 变化 曲线 图 光 伏 电池 阵 列 的 光 照 强度 变化 曲线 随 图光伏 电池阵列的 随温度 变化 曲线 由图 可知 ，当光 照 强度 不变 ，随着 温度 的增 大 ，光伏 电池 阵列 开路 电压减小 ，短路 电流略有 上 升 ，但变 化不 大 ，因此最大 功率 点也在 减小 。从 图 、 以看 出，最大 功 率呈 线 性变 化 。温 度越 高 ，其 可最 大输 出功率越 小 。 图 光 伏 电池 阵 列 的 光 照 强度 变化 曲 线 随由图 知 ，当温 度 不变 ，随着 光 照 强度 的增 可 大， 光伏 电池阵列开路 电压基本 不变 ， 而短路 电流越 大 ，最大

13、功 率 点也随之 增大 。从 图 以看 出三条 曲 可由上 可知 ，光伏 电池 阵列在 电压较 低 时近似 为 恒 流源 ，在 电压高 时其性 能与恒 压源类 似 ，且开路 电压近似 同温 度成 反 比，短路电流近似 同 日照 强度 成正比。 线 的峰值几乎 处于同一垂直的直线上，即当光 照强度 发生变化时 ， 最大功率点的输 出电压基本恒定 。 当光 照 强度 为 。 ，环境 温度 分别 为 ，将光 伏 电池 阵列模 型接入 如 图 示 的 所 电 路模型 中。 图 压 电路模 块 升设置 电路 参数 ， 运行 并观测其输 出， 出电 输 压 电流 图形 见 图 、图 。其纹波较 小，符合实

14、 际 电路 一 要求 。 仿真结果表明该光伏阵列电池模 型可靠实用 。 （ 下转第 页） 一带 短信功 能的双 电流接地选线装置 小电工 电气 （ ） 结语 本 文研制 了一种 基于 双 的 小 电流接 地系 统 单 相接 地 保 护 装 置 。该 装 置 采 用 单 片 机 和 双 参考文 献 孙 文武 于 综 合选 线 法 的小 电流 接 地 选 线装 置 的 基 研 究 保 定 ：华北 电力大 学 ， 王 坚 ，卢 继 平 ， 薛毅 型 小 电流 接 地 故 障选 线 装 新置 的设计 继 电器 ， ， （ ） 作 为 小 电流 接 地 系 统 单 相 接 地 故 障 检 测 的 核 心

15、 ，充 分发挥 了单 片机 的控制功 能和 强 大 的信 李洁 ， 建源 于 徐 基 的双 压器运 行参 数监测 变 装 置 的研 制 第一 届 电器装 备 及 其智 能化 学 术 会 议 论 文 集 安 ：中 国 电机 工 程 学会 变 电专 业委 西员 会 ， ： 卜 号处 理 能力 。扩 展 了 片 转 换 芯 片 ， 实现 了 路 信 号 同步 采 集 ，使 用 对 数 据 进 行 分析 后 选 出故障线 路 ；采 用 显示 模块 使得装 置具 有很 好 的人 机交 互能 力 。引入 短信 技术 ，具有 实 时在 线 、按量计 费 的特 点 ，大大 减少 了建 网和 维护 费用 的投入

16、 ，减 轻 了工 作人 员 的劳动 强度 ，具有 进 一 马姗 姗 于双 统 的小 电流接地 选线 装置 的研 基 系 究 济 南 ： 山东 大学 ， 熊 睿 ， 张宏 艳 电流接 地 故 障 智 能综 合 选线 装 置 小的研 究 继 电器 ， ， ： （） 步推 广 的实际意 义 。 真 以及 现场试 验结 果表 明 ， 仿 李 华 ，李 学 云 ，区细 成 代 移动 通 信 新 技术 现 系统 广 州 ：华 南理 工大 学 出版 社 ， 修稿 日期 ： 本装置 选线 效果 良好 ，并且 体积 小 、性价 比高 ，应 用前景 广泛 。 （ 接第页） 上 立 其物 理数 学模 型 ，并应 用

17、 的 工 具 构 建 光 伏 电池 阵列 的 仿真 模 型 。 由仿 真 结 果 表 明：光 伏 电池 阵列 模 型输 出基本 同实 际输 出相似 。 输 出 电压 及 电流受 光照 强度 和温 度变化 的影响 ，但 在任 意温 度 和 光 照 强度 下 都存 在 一 个 最 大 功 率 输 出点 。应尽 量 使光伏 电池 阵列 工作 在该 点 ，这 样才 能提 高光伏 电池 阵列 的利 用率 。模 型参数 的 设置方 便 快捷 、仿 真速度 快 、收敛 性好 。因此该 模型 的建 立 为 光 伏 发 电系 统 的仿 真 及 各 种 控 制 方 法 的验 证 提供 了较好 的仿 真激励 源 。 参考 文献 周德佳 ，赵 争 鸣，吴理博 ，等 基于 仿真模 型的太 阳 能光伏 电池阵 列特性 的分析 清华 大学 学报 ：自 然科 学版 ， ， （） ： 茆 美 琴 ， 余 世 杰 ， 苏 建 徽 带 有 功 能 的 光 伏 阵列 通用 仿真 模型 系 统仿真 学报 ， ， （） ： 图 电路 输 出 电压 波 形 ， 图 电路 输 出 电流 波 形 【 ： 结 语 通过 分析光 伏 电池 内部原 理及其 等 效 电路 ，建 ， 孔 娟 阳能光 伏 发 电系统 的研 究 青 岛： 岛大 太 青学 ， 收稿 日期 ： 一 1