太阳能光伏电池输出特性分析与仿真研究

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太 阳 能 光 伏 电 池 输 出特 性 分 析 与 仿 真 研 究 杜

! 华北 电力 大学 控制科 学与 工 程学 院 # 慧 河北 , ’ 林永君 ,

张少伟 , , 保定 & % % #

华北 电力 大 学控 制科 学 与 工 程 学 院 河北 , 保定 , & % % 幻 摘

要 ? 首先 介绍 了 太 阳 能光伏 电池的原 理 # ,

根据 太 阳 能电 池的愉 出 特性 , ,

利用 ( ) ? 、 +),

软件 中 的 . ? / 0 1 .2

根据 太 阳 能 电

池 的数 学模型 建立 太 阳 能 电池板 的 ( )? +) , 仿 真模型 并根 据 其愉 出的 伏 安

伏 瓦 以 及 安 瓦 特 性 曲 线 分 析 太 阳 能 电池 板 的 愉 出特 性

关健词 ? 光 伏 电池 3 光伏 电 池 英 3 仿 真模型 3 愉 出特性 分析 对 组 中田分 类号? ? ( 4 # 56 )1

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随着 人 类社 会 的发 展 紧要 问题 焦点 。 。

实 际 转换 效率 受到 了进 一 步 的 限 制 , # 因此 ,

对 光伏 电池 输 。

出特 性 的 研究 成为 了该 行业 的 一 个 重 要 课题 能源和 环 境 成 为 了人 们 面对 的 式 ,

太 阳 能 发 电是 将 太 阳 光 能 直接 转 换 成 电 能的 转 换 方 包括光伏发电 、

如何 充分 有效利 用可 再 生 能源 成 为 人们关注 的 “

光化学发 电 。 、

光 感 应 发 电等 。 太阳

太 阳 能作 为一 种 广泛 分布的 。 #

清洁 能源 ” ,

有较 好 具有 将 ,

能光伏 发 电是 利用 光 伏 电池 板 将太 阳 光 辐射 能 量 转 换 为 电能 的直接 发 电形 式 ?

的应用 前景 性 峨 卜 仁 ,

光伏电池 是太 阳 能发 电 的核心 部分 。

,

太阳 能转 换 为 电 能的 功 效

但 是 由于 器 件 木 身 的复杂特 而且 光伏 ,

迄 今为 止 光伏 电池 的 转 换效率 仍 然很低 、

光伏 电池 的原 理

光 伏 发 电 的能 量 转 换 器 件 是太 阳 能 电池 ,

电池 的 输 出特 性 具 有 非线 性

! 括 日 照 强度 包 出阻 抗 ΢的形 响 温度 、

这 种 非线 性 受 到 外部 环 境 电池 ,

又 叫 光伏 东

负 载等 ΢ 以及 本 身技术指 标 !如输 其 。

光 伏 电池 发 电 的 原 理 是 光生 伏 打 效应 , 。 。

当太 阳 光 , ,

使得 光伏 电池 的输 出功率发 生变 化

! 其 他光 ΢ 照 射 到太 阳 电池 上 时 或 光 电子 一 空 穴 对 和 空穴 被 分 离 “ ,

电池 吸 收 光 能 , , 产生 卜

卜 卜 含 忿

在 电池 内建 电场 的作 用下 “

光 生 电子 即产 生 作者简介 杜 , ! 4 Ξ ? ΢ 女 辽 宁省 昌图县 人 在读 工 学硕 士 研究 ? 一 方向 为工 业 生 产 过 程的 建模 与控 制 林水君 ! 4 Φ Τ ΢ 男 !汉 族 ΢ 山东省人 教授 硕 士 生 导师 博士 主 要从事电站 生产过召仿真 技术 ? 的研 究和 电站 生产 过程 控制 技术 研 究 大电 机申级调 速优化控制 电站 网络 及 安全 产# 错开 发 太 阳 能井 网 发 电及优 化 控制 等 计算机 一

, , , ,

电池 两 端 出 现异 号 电荷 的积 累 这就是 光 生伏 打 效 应 因此 , , , , , # ,

光生 电压 , ” , ” 。

对 于 半 导体 #

>一 Η

结 光伏 效应 更 明 显 ,

太 阳 能光伏 电池 都是 由 # 。

系跳仿真 技术 及其 应用 。 。

布 % 巷

半导 体构成 的 就有 , 尼 ,

若在 内建 电场 的两 侧 引 出 电极 并 接 上 负载 “

则 负载 , 此外 — , ,

光伏 电池 串联 电阻 Ε ]

。

光 生 电流 ” 流过 ,

从 而 获 得 功 率输 出 , 。 这样 太 所以

阳的 光 能 就 直接 变 成 了可 以 付诸 使 用 的 电能 当光 照 恒 定时 由于 光生 电 流 Κ 砷 不 随光 伏 电池 的工 作状 态而 变 #

Κ动 ∴ Β功 , Β Κ 、

!΢ ! ΢ 可得 综 合式 !?΢ 一 。 ‘ 、 !? ΢ 化 ,

因 此在 等效 电路 中可 以 看作 是 一 个 恒流 源 Κ 砷 Β 光

‘? , , ⊥二 Σ 【

伏 电池 的两 端 接 入 负载 电池 的 。 后 ,

光 生 电流流 过 负载 。 , 从而 Κ户 ∴ 今碧 ]

΢卜 , 卜 Ε

兄 ] Β Κ 功 9

!΢ !Τ ΢ Β

在 负 载的两 端建 立 起 端 电压 > Η 一 Ε

负 载端 电压 反 作用 于 光 伏 其中 通

_Κ 9 7 Μ Χ , ! 一

4 Ξ΢? 结上 ,

产 生一 股 与光 生 电流方 向相反 的 电流 ,

! 刃 Ρ 几 此外 ,

由于 太 阳能 光伏 电池 板 前后 表 面 的电极 以及材 料 本 身所 带 有 的 电阻 率 电阻 越 大 一

当工 作 电流 流 过板 子 时必 然 会 ,

引起 电池 板 内部的 申联 损耗 ,

故 引入 串联 电阻 Β 9 # 通 串联 。

— 光 照强 度 ! α 扩΢ — 几 一短 路 电流 的温度系数 ! α Ζ 坛

标准 测试 条件 下 光伏 电池 的短 路 电流 !) ΢ )

΢ 一 Χ % 线路 损 失越 大 # ,

光伏 电池 输 出效率越低 一 般 串联 电 阻 都 比 较小 , 在 大 ,

在不 同 的温度 样 , 、

日照 强度 下有 不 同的 短路 电流 几 , 。 ,

实际 的太 阳 能光 伏 电池 中 都在 % 欧至 几 欧之 间? 、 ,

并 且 与 日照 强 度成 正 比 另外 ,

由于 制造 工 艺 的 因 素

与温 度 成一 定 的线 性关 系 ? ? 开路 电压 玲 也 与 二 者 有 密切 的关 系 如 下 Κ , 同 Φ !΢

光 伏 电池 的 边缘 和 金属 电极 在制作 时 可 能会 产 生微 小 的 裂痕 划痕 ,

Μ : Δ 其中 注 , ∴

# Μ : Ε ] Χ ! 一 4 Ξ΢ ,

从 而会 形 成 漏 电而 导 致本 来 要 流过 负 载 的 ,

肠 为标准 测试 条件 下 的开 路 电压 。

价 为 开 路 电压 Ζα /

光生 电流短 路掉

因 此 引入 一 个 并 联 电阻 心 来 等 效 相 , , #

的温 度系 数

对 于 串联 电阻来 说 并 联 电阻 比 较 大 一 般 在 Κ 2 太 阳 能光伏 电池 的 等效 电路 如 图 所示? [ 以上 。

光 伏 电池 温度 为 ? % 日照 强度 为 % % Τ Μ Φ 。 , ,

称之 为

标准 测试 条件 在 发 电效率 上 ,

似 乎 输 出 电流 对 输 出功 率的 影响程 度会较 大 为 明显 。 ,

加 上 影 响开 路 电压 的因 素除 了 瓜 外还 包括 二 ,

极管的 电流 值 因此

因此 尼 对 光伏 电池 的发 电效率 的影响较 ,

在 下 面 的讨论 中将 忽略 瓜 χ汉] ,

并且 得到简

化 的光伏电池输 出特 性方程 如 公式 Κ ∴ Κ砂 一 Κ。

⊥6 β Σ _

Β Κ ) 2?

΢΢? 一 ? δ & !΢ 图

太 阳 能光 伏 电池 等效 电路 光伏 电池模组 与 阵列 光 伏 电池 模 组【 ! ? 9 (: Α

由太 阳 能光伏 电池 等效 电路可 得 出 Κ ∴

΢ 0 6 是 由许 多小单 位 的光伏 电 Κ 神 一 ΚΑ 一 Κ 功 ΢ ? !

池经 由并联 或 串联 组 合所 组 成 的 光 伏 电池 串联 组 合 可 其中 Κ户 Κ

—流 过 二极 管的 电流 几 — 太 阳 能光伏 电池 的漏 电流 5 , Κ — 而 3

与 日 照强 度成 正 比 例 的光 生 电流 3 。 —

流过 负 载的 电流 3

以 提 高太 阳 能发 电系统 的最 高 输 出直 流 电压 3 光伏 电池

并 联 组 合 可 以提 高太 阳 能 发 电 系 统 的 最 高 输 出直 流 电 流 。 因此 ,

通 过 对 光伏 电池 申 。 、

并 联 交替 组合 可 以得到 期望 的直 流 电压 或 电流

据 此 可 以 得 到光 伏 电池 模 组 的 χ仅 ] 1

输 出特 性方 程 ΢? 一 δ !? ΢ Κ ∴ 1

,

几 ∴ , ⊥6 β Σ _ % 哗牛 舆 八Χ ? , Κ砷 一1 , Κ。 ,

β ⊥6 Σ _

Β Κ ΢΢? 一 ?δ , 、 Ξ !΢ 。 )2 ? 其中 , 1Σ 、 1 #

分 别为 模组 中光伏 电池 的 并联 #

串联个 数 上式 中 宁 尤 ,

几一一光 伏 电池暗饱和 电流 ! 般而 言 其数盆级为 % ) ΢ 一 Κ ε 3

同样 光伏 电池 阵列 Κ ! )? 7 ΢是 由 许 多小单 位 的模组 经 8 一 一

电子 电荷 ! Φ β % 勿 ΢ ? ε # 3

由并联 或 申联 组 合所 组成 的 表 联 而成 方程 , & )

一 结理 想 因 子 — 光伏 电池并 联 电阻 瓜 — > Η 3

—绝对温 度 ! 玻 耳兹 曼常 数 ! #

Ξ β % ? φα ’ Χ ΢3

. 列 出 了德 国 9 6/ 。 1 6 9

公 司生 产 的 ? >&Τ 型号 的光 ∴ = ] ? & Χ΢ ?

伏电池模组 的各项参数 它 由 Φ 个单 结 晶矽 光伏 电池 串 Ξ 根据 公式 ! ΢ ,

得 到 该光 伏电池模 组 的输 出 特 性 3

常三 部分 系 坟仿宾 了 ∴ , , , 一, 。 , ?二 【 瓷籍

΢卜 , δ ΢ 4 ! , ‘?

可 求得 不 同 气 候 条 件下 的 Β 9 。

但 由于 数 据 有 限 。 ,

并且 Β 9 值较小 . / 6 ,

可采 用 >& Τ Β

恒 定 的方 法 来近 似模 拟 , , 表

9. 6 / 6 1 9 9 >&Τ

在标准测试 条件 下的 参 数 规格 格 &Τ ! ΢ η #

完成 上 述 三 个 未 知 量 的 求解 61 9

根据 公 式 !4 ΢ 加φ实现 Κ 0 。

光 伏 电厂 模 组 的 建模 如 图 ? 所 示 采 用 , Ε 、

电气特性 性

额 定最 大功率 尸 γ Ζ 额 定 电流 Κ Σ Σ 、

又 作 为输 入 Δ Κ Δ 、

尸 ! 输 出 功 率 尸∴ ? ΢ ? 作为 输 出 、 。 输入 、 变量 在 <γ Τ ? Γ, 之间 ,

模 拟温 度 ? ? % ∴ Τ Μ 。

日照 强 度 在 、 ) ! ΢

! γ ?% 刃 η ?/ ! ΢ Ρ 得 到 光 伏 电池 模 组 的 、 β一 0 > 0 一

> Κ 一

额 定 电压 Ε 如 。

&! ΢ Ε #

关系 如 图 、 图

图 Τ 所示

短 路 电流 俪 短 路电 压 嵘 短 路电流 温度 系数 凡 短 路 电压 温度系数 价 Η 〕二 ! : Η ,

Ξ! ΢ ) # #

&! ΢ Ε 一 # 肠!/ #

砂6 ΢

% & &! 严 ΢ Δ Φ Τ 1 ” 7 ?: 6 Σ 7 =.: 1 Φ 6 ?? ? 士? 内 ΢ 6 ?

/ 沐 ?7 =0 ? ΢ 6

光 伏 电池 的仿真 实现

在公 式 ! ΢ 中 的未知 量 有 标 Κ 以及 凡 Τ 9 : 、 ,

下 面 对这

三 个 未知量 进 行讨 论 # ,

分 别建 立 模 型 。

求解 未 知= 扬

根 据 公 式 ! ΢ 建立 灿 子 模块 Τ #

求解 未 知= , 份 知∴ % ,

当外 部 负 载短 路 时 Κ砷

∴ : ΔΕ Μ #

一 , 。‘ 。 β ⊥ Σ【 粤华 八Χ

此时 ΢?一 δ ∴ 。 ,

因 此 可 求得 Κ。 Κ砂

β 6 Σ〔

΢ 根据 公 式 !Φ 可 先建 立 嵘 子 模块 令从 ∴ ) 2? χ 磊 。 ,一 ‘

则 建立 叱子模块 ι ,

并 且 得到 公式 !% ΢ ! %΢ ‘ Κ尸 # ? 才二 “

甲 万万丁万 丁或 > +二 厂φ 一 6β

φ : 扩= 。

根据 上 式可 建立 ‘ 子 模块 #

9 求解 未知 且 Β 在 最大 功率 点 处 Κ。

∴ , 有 Δ !娜 ] 5 Κ> 一

β Κ 几 ⊥6 > ,

Κ: Β

΢ ΢? 一 ? δ 、 ! ΢ Φ认

之 Φ 叭 ? Τ # Ξ/ Δ 若 取理 想 因 子 ) ∴ ? ,

则在 温度 ? ? % ∴ Τ Φ #

下 则在 标准 测试 条件 下 的 串联 等效 电阻 ε Φ Ε ?1 ! 二二ε ε # 图

光伏 电池 模 组 的 > 一 曲线 Κ ι ‘ 一 ‘ ι ι # 竺 ] Β # ∴ Κι

΢一 认 γ ’ 一 汗 ι #

ι # ι ι ι # ι ι

∴ ? 乃 〕 二 Φ 孟 # 奋尸 门

若 得知 在 不 同 ? 、

之 下 的最 大功率点!长即 ,

偏户 就 ,

= 系月忆 夕真技木及其应 用 军 % 巷 ,

大 功率跟 踪提 供 了很 好 的条件 太 阳 能作 为绿 色 能 源 电池利 用 太 阳 光 发 电 影响 , 。 ,

取 之 不绝 、

用之 不尽 。# 光伏 ,

将 太 阳 能 转换 为 电能 、 。

光 伏 电池

的输 出 受 到 电池 表 面 温 度 具 有 明 显 的非 线 性 。

日照 强度 等 外 界 环 境因 素 的 因此 ,

当外 界 因 素 发 生 变化 , 时 ,

光 伏 电池 很 难保 证 最 大功 率 的 输 出 。

从 而 造 成 能源 上 的浪 费

光 伏 电池 转 换 效率 低 成 为光 伏系 统研 究 的 一 因此 ,

个主 要 问题 率 图Τ ,

如 何进 一 步提 高光 伏 电池 的转 换 效 ,

即 如何 跟 踪光 伏 电池 的最 大 功 率 点 #

一 直是 光伏 系 #

光 伏电 池模 组 的 > 一 Κ 曲线

统研 究 的重 要 方 向

本 文 做 的太 阳 能光 伏 电池 模组 的 仿 Τ

太 阳 能 光 伏 电 池 的 拾 出特 性

温 太 阳 能 电池 由于受 外 界 因 素 ! 度 、

真 为最大 功率跟 踪 提 供 了 很好 的研 究 条件 日照 强 度 等΢影 ,

响很 多 时 , ,

因 此 其 输 出 具 有 明显 的 非线 性 ,

从 仿真 实验 结 。

参考 文献

_?? ) Γ ) Ν Υ Λ + Λ # #

果 中我 们 得到 了 太 阳 能光 伏 电池 的输 出特 性 随 着 日照 强度 的增 加 , ,

温度 相 同 6 Δ 6 ?: > 6 / 1 = :;

) 1 Υ ?6 = Μ ? . >? Α . = : 6 6.

67? 1 (: Α # 6? 61 6 : ? Ζ )

太 阳 能光 伏 电池 的开 路 电压 ,

>Ε Κ, 7 ==6 ? ? 89 = / ; 6 : 8 Υ1 >6 一 : ; ?

1 们 1 66 日 _φ? Β

Ο 6 7? ,

几 乎 不变

短路 电流 有 所 增 加 ,

最 大输 出功 率 增加 3 日 ,

Γ ? 6 , 8 44Ξ # ,

Τ !?΢? Τ Τ #

照 强度 相 同时 路 电压下 降 此外 ,

随着 温 度 的 升 高

太 阳 能光 伏 电池 的开 最 大 输 出 功 率 减小 , , # ? _ _ 刘荣

( 自然 能 供 电 技 术【 ? 北 京 科学技 术 出版 社 6

短路 电流有 所 增加 , ,

% 刀 !

无 论 在任何 温 度 和 日照 强 度 下 。

太 阳 能 光伏 电池

.Α . η 七 : 1 Γ Ρ .7: η .?? 7 ? Λ 0 1 ; ? : Α / , ,

) 1= . : 1 Φ 7 >6 ? ) Η # # : Δ6?

或 板 总有 一 个 最大 功 率 点 温 度 ! 日照 强度 ΢不 同 最 大 功 .1 ( 叱6 一 Γ ΚΥ Υ Υ ( 6 由“ ; : 外 : : =

Δ:一 6 =‘ 9 6 6 ?一 _ 6 ? Τ , ‘ 5 κ 6

1 1 07ε

率 点位 置 也 不 同 Φ

>: Ζ 6 4Τ % 一

Υ ?6 Μ : ? = 1 . 9 6 Σ 6

6 . . =9 = 7 9 Φ: 1; ? 66 1 66 / 1 ? 7 # , 8 结论

本文 建 立 了太 阳 能 电池 板 的 仿真模 型 ,

% 润 ! ,

4Τ Φ #

_ ? 包 容玮

太 阳 能发 电系统运 转 性 能 评 估 _ Λ ? # #

台 湾 中原 并对 不 同光 ,

大学 电机 工 程 学系 硕 士 学 位 论 文 %

照 强 度 的太 阳 能 电池 板 的特 性进 行分 析 和 研究 更 加 深刻 的理 解 到太 阳 能 电池板 的输 出特性 ,

让我 们 为 进行 最

1本文由erik500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。 第三 部分 系 坟 仿宾

太 阳 能 光 伏 电 池 输 出特 性 分 析 与 仿 真 研 究 杜

! 华北 电力 大学 控制科 学与 工 程学 院 # 慧 河北 , ’ 林永君 ,

张少伟 , , 保定 & % % #

华北 电力 大 学控 制科 学 与 工 程 学 院 河北 , 保定

, & % % 幻 摘

要 ? 首先 介绍 了 太 阳 能光伏 电池的原 理 # ,

根据 太 阳 能电 池的愉 出 特性 , ,

利用 ( ) ? 、 +),

软件 中 的 . ? / 0 1 .2

根据 太 阳 能 电

池 的数 学模型 建立 太 阳 能 电池板 的 ( )? +) , 仿 真模型 并根 据 其愉 出的 伏 安

伏 瓦 以 及 安 瓦 特 性 曲 线 分 析 太 阳 能 电池 板 的 愉 出特 性

关健词 ? 光 伏 电池 3 光伏 电 池 英 3 仿 真模型 3 愉 出特性 分析 对 组 中田分 类号? ? ( 4 # 56 )1

7 ? 9 .9 : 8

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随着 人 类社 会 的发 展 紧要 问题 焦点 。 。

实 际 转换 效率 受到 了进 一 步 的 限 制 , # 因此 ,

对 光伏 电池 输 。

出特 性 的 研究 成为 了该 行业 的 一 个 重 要 课题 能源和 环 境 成 为 了人 们 面对 的 式 ,

太 阳 能 发 电是 将 太 阳 光 能 直接 转 换 成 电 能的 转 换 方 包括光伏发电 、

如何 充分 有效利 用可 再 生 能源 成 为 人们关注 的 “

光化学发 电

。 、

光 感 应 发 电等 。 太阳

太 阳 能作 为一 种 广泛 分布的 。 #

清洁 能源 ” ,

有较 好 具有 将 ,

能光伏 发 电是 利用 光 伏 电池 板 将太 阳 光 辐射 能 量 转 换 为 电能 的直接 发 电形 式 ?

的应用 前景 性 峨 卜 仁 ,

光伏电池 是太 阳 能发 电 的核心 部分 。 ,

太阳 能转 换 为 电 能的 功 效

但 是 由于 器 件 木 身 的复杂特 而且 光伏 ,

迄 今为 止 光伏 电池 的 转 换效率 仍 然很低 、

光伏 电池 的原 理

光 伏 发 电 的能 量 转 换 器 件 是太 阳 能 电池 ,

电池 的 输 出特 性 具 有 非线 性

! 括 日 照 强度 包 出阻 抗 ΢的形 响 温度 、

这 种 非线 性 受 到 外部 环 境 电池 ,

又 叫 光伏 东

负 载等 ΢ 以及 本 身技术指 标 !如输 其 。

光 伏 电池 发 电 的 原 理 是 光生 伏 打 效应 , 。 。

当太 阳 光 ,

,

使得 光伏 电池 的输 出功率发 生变 化

! 其 他光 ΢ 照 射 到太 阳 电池 上 时 或 光 电子 一 空 穴 对 和 空穴 被 分 离 “ ,

电池 吸 收 光 能 , , 产生 卜

卜 卜 含 忿

在 电池 内建 电场 的作 用下 “

光 生 电子 即产 生 作者简介 杜 , ! 4 Ξ ? ΢ 女 辽 宁省 昌图县 人 在读 工 学硕 士 研究 ? 一 方向 为工 业 生 产 过 程的 建模 与控 制 林水君 ! 4 Φ Τ ΢ 男 !汉 族 ΢ 山东省人 教授 硕 士 生 导师 博士 主 要从事电站 生产过召仿真 技术 ? 的研 究和 电站 生产 过程 控制 技术 研 究 大电 机申级调 速优化控制 电站 网络 及 安全 产# 错开 发 太 阳 能井 网 发 电及优 化 控制 等 计算机 一 , , , ,

电池 两 端 出 现异 号 电荷 的积 累 这就是 光 生伏 打 效 应 因此 , , , , , # ,

光生 电压 , ” , ” 。

对 于 半 导体 #

>一 Η

结 光伏 效应 更 明 显 ,

太 阳 能光伏 电池 都是 由 # 。

系跳仿真 技术 及其 应用 。 。

布 % 巷

半导 体构成 的 就有 , 尼 ,

若在 内建 电场 的两 侧 引 出 电极 并 接 上 负载 “

则 负载 , 此外 — , ,

光伏 电池 串联 电阻 Ε ] 。

光 生 电流 ” 流过 ,

从 而 获 得 功 率输 出 , 。 这样 太 所以

阳的 光 能 就 直接 变 成 了可 以 付诸 使 用 的 电能 当光 照 恒 定时 由于 光生 电 流 Κ 砷 不 随光 伏 电池 的工 作状 态而 变 #

Κ动 ∴ Β功 , Β Κ 、

!΢ ! ΢ 可得 综 合式 !?΢ 一 。 ‘ 、 !? ΢

化 ,

因 此在 等效 电路 中可 以 看作 是 一 个 恒流 源 Κ 砷 Β 光

‘? , , ⊥二 Σ 【

伏 电池 的两 端 接 入 负载 电池 的 。 后 ,

光 生 电流流 过 负载 。 , 从而 Κ户 ∴ 今碧 ]

΢卜 , 卜 Ε 兄 ] Β Κ 功 9

!΢ !Τ ΢ Β

在 负 载的两 端建 立 起 端 电压 > Η 一 Ε

负 载端 电压 反 作用 于 光 伏 其中 通

_Κ 9 7 Μ Χ , ! 一

4 Ξ΢? 结上 ,

产 生一 股 与光 生 电流方 向相反 的 电流 ,

! 刃 Ρ

几 此外 ,

由于 太 阳能 光伏 电池 板 前后 表 面 的电极 以及材 料 本 身所 带 有 的 电阻 率 电阻 越 大 一

当工 作 电流 流 过板 子 时必 然 会 ,

引起 电池 板 内部的 申联 损耗 ,

故 引入 串联 电阻 Β 9 # 通 串联 。

— 光 照强 度 ! α 扩΢ — 几 一短 路 电流 的温度系数 ! α % ΢ 一 Χ Ζ 坛

标准 测试 条件 下 光伏 电池 的短 路 电流 !) ΢ )

线路 损 失越 大 # ,

光伏 电池 输 出效率越低 一 般 串联 电 阻 都 比 较小 , 在 大 ,

在不 同 的温度 样 , 、

日照 强度 下有 不 同的 短路 电流 几 , 。 ,

实际 的太 阳 能光 伏 电池 中 都在 % 欧至 几 欧之 间? 、 ,

并 且 与 日照 强 度成 正 比 另外 ,

由于 制造 工 艺 的 因 素

与温 度 成一 定 的线 性关 系 ? ? 开路 电压 玲 也 与 二 者 有 密切 的关 系 如 下 Κ

, 同 Φ !΢

光 伏 电池 的 边缘 和 金属 电极 在制作 时 可 能会 产 生微 小 的 裂痕 划痕 ,

Μ : Δ 其中 注 , ∴

# Μ : Ε ] Χ ! 一 4 Ξ΢ ,

从 而会 形 成 漏 电而 导 致本 来 要 流过 负 载 的 ,

肠 为标准 测试 条件 下 的开 路 电压 。

价 为 开 路 电压 Ζα /

光生 电流短 路掉

因 此 引入 一 个 并 联 电阻 心 来 等 效 相 , , #

的温 度系 数

对 于 串联 电阻来 说 并 联 电阻 比 较 大 一 般 在 Κ 2 太 阳 能光伏 电池 的 等效 电路 如 图 所示? [ 以上 。

光 伏 电池 温度 为 ? % 日照 强度 为 % % Τ Μ Φ 。 , ,

称之 为

标准 测试 条件 在 发 电效率 上 ,

似 乎 输 出 电流 对 输 出功 率的 影响程 度会较 大

为 明显 。 ,

加 上 影 响开 路 电压 的因 素除 了 瓜 外还 包括 二 ,

极管的 电流 值 因此

因此 尼 对 光伏 电池 的发 电效率 的影响较 ,

在 下 面 的讨论 中将 忽略 瓜 χ汉] ,

并且 得到简

化 的光伏电池输 出特 性方程 如 公式 Κ ∴ Κ砂 一 Κ。

⊥6 β Σ _ Β Κ ) 2?

΢΢? 一 ? δ & !΢ 图

太 阳 能光 伏 电池 等效 电路 光伏 电池模组 与 阵列 光 伏 电池 模 组【 ! ? 9 (: Α

由太 阳 能光伏 电池 等效 电路可 得 出 Κ ∴

΢ 0 6 是 由许 多小单 位 的光伏 电 Κ 神 一 ΚΑ 一 Κ 功 ΢ ? !

池经 由并联 或 串联 组 合所 组 成 的 光 伏 电池 串联 组 合 可 其中 Κ户 Κ

—流 过 二极 管的 电流 几 — 太 阳 能光伏 电池 的漏 电流 5 , Κ — 而 3

与 日 照强 度成 正 比 例 的光 生 电流 3 。

—

流过 负 载的 电流 3

以 提 高太 阳 能发 电系统 的最 高 输 出直 流 电压 3 光伏 电池

并 联 组 合 可 以提 高太 阳 能 发 电 系 统 的 最 高 输 出直 流 电 流 。 因此 ,

通 过 对 光伏 电池 申 。 、

并 联 交替 组合 可 以得到 期望 的直 流 电压 或 电流

据 此 可 以 得 到光 伏 电池 模 组 的 χ仅 ] 1

输 出特 性方 程 ΢? 一 δ !? ΢ Κ ∴ 1 ,

几 ∴ , ⊥6 β Σ _ % 哗牛 舆 八Χ ? , Κ砷 一1 , Κ。 ,

β ⊥6 Σ _

Β Κ ΢΢? 一 ?δ , 、 Ξ !΢ 。 )2 ? 其中 , 1Σ 、 1 #

分 别为 模组 中光伏 电池 的 并联

#

串联个 数 上式 中 宁 尤 ,

几一一光 伏 电池暗饱和 电流 ! 般而 言 其数盆级为 % ) ΢ 一 Κ ε 3

同样 光伏 电池 阵列 Κ ! )? 7 ΢是 由 许 多小单 位 的模组 经 8 一 一

电子 电荷 ! Φ β % 勿 ΢ ? ε # 3

由并联 或 申联 组 合所 组成 的 表 联 而成 方程 , & )

一 结理 想 因 子 — 光伏 电池并 联 电阻 瓜 — > Η 3

—绝对温 度 ! 玻 耳兹 曼常 数 ! #

Ξ β % ? φα ’ Χ ΢3

. 列 出 了德 国 9 6/ 。 1 6 9

公 司生 产 的 ? >&Τ 型号 的光 ∴ = ] ? & Χ΢ ?

伏电池模组 的各项参数 它 由 Φ 个单 结 晶矽 光伏 电池 串 Ξ 根据 公式 ! ΢ ,

得 到 该光 伏电池模 组 的输 出 特 性 3

常三 部分 系 坟仿宾 了 ∴ , , , 一, 。 , ?二 【 瓷籍

΢卜 , δ

΢ 4 ! , ‘?

可 求得 不 同 气 候 条 件下 的 Β 9 。

但 由于 数 据 有 限 。 ,

并且 Β 9 值较小 . / 6 ,

可采 用 >& Τ Β

恒 定 的方 法 来近 似模 拟 , , 表

9. 6 / 6 1 9 9 >&Τ

在标准测试 条件 下的 参 数 规格 格 &Τ ! ΢ η #

完成 上 述 三 个 未 知 量 的 求解 61 9

根据 公 式 !4 ΢ 加φ实现 Κ 0 。

光 伏 电厂 模 组 的 建模 如 图 ? 所 示 采 用 , Ε 、

电气特性 性

额 定最 大功率 尸 γ Ζ 额 定 电流 Κ Σ Σ 、

又 作 为输 入 Δ Κ Δ 、

尸 ! 输 出 功 率 尸∴ ? ΢ ? 作为 输 出 、 。

输入 、 变量 在 <γ Τ ? Γ, 之间 ,

模 拟温 度 ? ? % ∴ Τ Μ 。

日照 强 度 在 、 ) ! ΢

! γ ?% 刃 η ?/ ! ΢ Ρ 得 到 光 伏 电池 模 组 的 、 β一 0 > 0 一 > Κ 一

额 定 电压 Ε 如 。

&! ΢ Ε #

关系 如 图 、 图

图 Τ 所示

短 路 电流 俪 短 路电 压 嵘 短 路电流 温度 系数 凡 短 路 电压 温度系数 价 Η 〕二 ! : Η ,

Ξ! ΢ ) # #

&! ΢ Ε 一 # 肠!/ #

砂6 ΢

% & &! 严 ΢ Δ Φ Τ 1 ” 7 ?: 6 Σ 7 =.: 1 Φ 6 ?? ? 士? 内 ΢ 6 ?

/ 沐 ?7 =0 ? ΢ 6

光 伏 电池 的仿真 实现

在公 式 ! ΢ 中 的未知 量 有 标 Κ 以及 凡 Τ 9 : 、 ,

下 面 对这

三 个 未知量 进 行讨 论 # ,

分 别建 立 模 型 。

求解 未 知= 扬

根 据 公 式 ! ΢ 建立 灿 子 模块 Τ #

求解 未 知= , 份 知∴ % ,

当外 部 负 载短 路 时 Κ砷

∴ : ΔΕ Μ #

一 , 。‘ 。 β ⊥ Σ【 粤华 八Χ

此时 ΢?一 δ ∴ 。 ,

因 此 可 求得 Κ。 Κ砂

β 6 Σ〔

΢ 根据 公 式 !Φ 可 先建 立 嵘 子 模块 令从 ∴ ) 2? χ 磊

。 ,一 ‘

则 建立 叱子模块 ι ,

并 且 得到 公式 !% ΢ ! %΢ ‘ Κ尸 # ? 才二 “

甲 万万丁万 丁或 > +二 厂φ 一 6β

φ : 扩= 。

根据 上 式可 建立 ‘ 子 模块 #

9 求解 未知 且 Β 在 最大 功率 点 处 Κ。 ∴ , 有 Δ !娜 ] 5 Κ> 一

β Κ 几 ⊥6 > ,

Κ: Β

΢ ΢? 一 ? δ 、 ! ΢ Φ认

之 Φ 叭 ? Τ # Ξ/ Δ 若 取理 想 因 子 ) ∴ ? ,

则在 温度 ? ? % ∴ Τ Φ #

下 则在 标准 测试 条件 下 的 串联 等效 电阻 ε Φ Ε ?1 ! 二二ε ε # 图

光伏 电池 模 组 的 >

一 曲线 Κ ι ‘ 一 ‘ ι ι # 竺 ] Β # ∴ Κι

΢一 认 γ ’ 一 汗 ι # ι # ι ι ι # ι ι

∴ ? 乃 〕 二 Φ 孟 # 奋尸 门

若 得知 在 不 同 ? 、

之 下 的最 大功率点!长即 ,

偏户 就 ,

= 系月忆 夕真技木及其应 用 军 % 巷 ,

大 功率跟 踪提 供 了很 好 的条件 太 阳 能作 为绿 色 能 源 电池利 用 太 阳 光 发 电 影响 , 。 ,

取 之 不绝

、

用之 不尽 。# 光伏 ,

将 太 阳 能 转换 为 电能 、 。

光 伏 电池

的输 出 受 到 电池 表 面 温 度 具 有 明 显 的非 线 性 。

日照 强度 等 外 界 环 境因 素 的 因此 ,

当外 界 因 素 发 生 变化 , 时 ,

光 伏 电池 很 难保 证 最 大功 率 的 输 出 。

从 而 造 成 能源 上 的浪 费

光 伏 电池 转 换 效率 低 成 为光 伏系 统研 究 的 一 因此 ,

个主 要 问题 率 图Τ ,

如 何进 一 步提 高光 伏 电池 的转 换 效 ,

即 如何 跟 踪光 伏 电池 的最 大 功 率 点 #

一 直是 光伏 系 #

光 伏电 池模 组 的 > 一 Κ 曲线

统研 究 的重 要 方 向

本 文 做 的太 阳 能光 伏 电池 模组 的 仿 Τ

太 阳 能 光 伏 电 池 的 拾 出特 性

温 太 阳 能 电池 由于受 外 界 因 素 ! 度 、

真 为最大 功率跟 踪 提 供 了 很好 的研 究 条件 日照 强 度 等΢影 ,

响很 多 时 , ,

因 此 其 输 出 具 有 明显 的 非线 性 ,

从 仿真 实验 结 。

参考 文献

_?? ) Γ ) Ν Υ Λ + Λ # #

果 中我 们 得到 了 太 阳 能光 伏 电池 的输 出特 性 随 着 日照 强度 的增 加 , ,

温度 相 同 6 Δ 6 ?: > 6 / 1 = :;

) 1 Υ ?6 = Μ ? . >? Α . = : 6 6. 67? 1 (: Α # 6? 61 6 : ? Ζ )

太 阳 能光 伏 电池 的开 路 电压 ,

>Ε Κ, 7 ==6 ? ? 89 = / ; 6 : 8 Υ1 >6 一 : ; ?

1 们 1 66 日 _φ? Β

Ο 6 7? ,

几 乎 不变

短路 电流 有 所 增 加 ,

最 大输 出功 率 增加 3 日 ,

Γ ? 6 , 8 44Ξ # ,

Τ !?΢? Τ Τ #

照 强度 相 同时 路 电压下 降 此外 ,

随着 温 度 的 升 高

太 阳 能光 伏 电池 的开 最 大 输 出 功 率 减小 , , # ? _ _ 刘荣

( 自然 能 供 电 技 术【 ? 北 京 科学技 术 出版 社 6

短路 电流有 所 增加 , ,

% 刀 !

无 论 在任何 温 度 和 日照 强 度 下 。

太 阳 能 光伏 电池

.Α . η 七 : 1 Γ Ρ .7: η .?? 7 ? Λ 0 1 ; ? : Α / , ,

) 1= . : 1 Φ 7 >6 ? ) Η # # : Δ6?

或 板 总有 一 个 最大 功 率 点 温 度 ! 日照 强度 ΢不 同 最 大 功 .1 ( 叱6 一 Γ ΚΥ Υ Υ ( 6 由“ ; : 外 : : =

Δ:一 6 =‘ 9 6 6 ?一 _ 6 ? Τ

, ‘ 5 κ 6

1 1 07ε

率 点位 置 也 不 同 Φ

>: Ζ 6 4Τ % 一

Υ ?6 Μ : ? = 1 . 9 6 Σ 6

6 . . =9 = 7 9 Φ: 1; ? 66 1 66 / 1 ? 7 # , 8 结论

本文 建 立 了太 阳 能 电池 板 的 仿真模 型 ,

% 润 ! ,

4Τ Φ #

_ ? 包 容玮

太 阳 能发 电系统运 转 性 能 评 估 _ Λ ? # #

台 湾 中原 并对 不 同光 ,

大学 电机 工 程 学系 硕 士 学 位 论 文 %

照 强 度 的太 阳 能 电池 板 的特 性进 行分 析 和 研究 更 加 深刻 的理 解 到太 阳 能 电池板 的输 出特性 ,

让我 们 为 进行 最 1