太阳能光伏电池输出特性分析与仿真研究

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 . ?

2、/ 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 ; < 0 = 0 = ?6 7 = 0 > : 7 ; ?: ? ? 69 7 1 = 5 : 6 ./ 0 ?7 = : 1 . 6 96 7 ? 6 5 1 6? 8 5 >

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7、 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

8、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

9、 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 ? 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 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

10、 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 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 。 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

11、 由于 光生 电 流 砷 不 随光 伏 电池 的工 作状 态而 变 # 动 功 , 、 ! ! 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 砷 光 ? , , 二 【 伏 电池 的两 端 接 入 负载 电池 的 。 后 , 光 生 电流流 过 负载 。 , 从而 户 今碧 卜 , 卜 兄 功 9 ! ! 在 负 载的两 端建 立 起 端 电压 > 一 负 载端 电压 反 作用 于 光 伏 其中 通 _ 9 7 , ! 一 4 ? 结上 , 产 生一 股 与光 生 电流方 向相反 的 电流 , ! 刃 几 此外 , 由于 太

12、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 9 # 通 串联 。 光 照强 度 ! 扩 几 一短 路 电流 的温度系数 ! % 一 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

13、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 , 同 ! 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 , : 其中 注 , # : ! 一 4 , 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 / 光生 电流短 路掉 因 此 引入 一 个 并 联 电阻 心 来 等 效 相 , , #

14、的温 度系 数 对 于 串联 电阻来 说 并 联 电阻 比 较 大 一 般 在 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 % % 。 , , 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 汉 , 并且 得到简 化 的光伏电池输 出特 性方程 如 公式 砂 一

15、 。 6 _ ) 2? ? 一 ? & ! 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 (: 由太 阳 能光伏 电池 等效 电路可 得 出 0 6 是 由许 多小单 位 的光伏 电 神 一 一 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 户 流 过 二极 管的 电流 几 太 阳 能光伏 电池 的漏 电流 5 , 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

16、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 仅 1 输 出特 性方 程 ? 一 !? 1 , 几 , 6 _ % 哗牛 舆 八 ? , 砷 一1 , 。 , 6 _ ? 一 ? , 、 ! 。 )2 ? 其中 , 1 、 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 3 同样 光伏

17、 电池 阵列 ! )? 7 是 由 许 多小单 位 的模组 经 8 一 一 电子 电荷 ! % 勿 ? # 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 > 3 绝对温 度 ! 玻 耳兹 曼常 数 ! # % ? 3 . 列 出 了德 国 9 6/ 。 1 6 9 公 司生 产 的 ? >& 型号 的光 = ? & ? 伏电池模组 的各项参数 它 由 个单 结 晶矽 光伏 电池 串 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 ,

18、 , , 一, 。 , ?二 【 瓷籍 卜 , 4 ! , ? 可 求得 不 同 气 候 条 件下 的 9 。 但 由于 数 据 有 限 。 , 并且 9 值较小 . / 6 , 可采 用 >& 恒 定 的方 法 来近 似模 拟 , , 表 9. 6 / 6 1 9 9 >& 在标准测试 条件 下的 参 数 规格 格 & ! # 完成 上 述 三 个 未 知 量 的 求解 61 9 根据 公 式 !4 加实现 0 。 光 伏 电厂 模 组 的 建模 如 图 ? 所 示 采 用 , 、 电气特性 性 额 定最 大功率 尸 额 定 电流 、 又 作 为输 入 、

19、 尸 ! 输 出 功 率 尸 ? ? 作为 输 出 、 。 输入 、 变量 在 < ? , 之间 , 模 拟温 度 ? ? % 。 日照 强 度 在 、 ) ! ! ?% 刃 ?/ ! 得 到 光 伏 电池 模 组 的 、 一 0 > 0 一 > 一 额 定 电压 如 。 &! # 关系 如 图 、 图 图 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 二 ! : , ! ) # # &! 一 # 肠!/ # 砂6 % & &! 严 1 ” 7 ?: 6 7 =.: 1 6 ? ? 士? 内

20、6 ? / 沐 ?7 =0 ? 6 光 伏 电池 的仿真 实现 在公 式 ! 中 的未知 量 有 标 以及 凡 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 # 求解 未 知= , 份 知 % , 当外 部 负 载短 路 时 砷 : # 一 , 。 。 【 粤华 八 此时 ?一 。 , 因 此 可 求得 。 砂 6 根据 公 式 ! 可 先建 立 嵘 子 模块 令从 ) 2? 磊 。 ,一 则 建立 叱子模块 , 并 且 得到 公式 !% ! % 尸 # ? 才二 “ 甲 万万丁万 丁或

21、 > +二 厂 一 6 : 扩= 。 根据 上 式可 建立 子 模块 # 9 求解 未知 且 在 最大 功率 点 处 。 , 有 !娜 5 > 一 几 6 > , : ? 一 ? 、 ! 认 之 叭 ? # / 若 取理 想 因 子 ) ? , 则在 温度 ? ? % # 下 则在 标准 测试 条件 下 的 串联 等效 电阻 ?1 ! 二二 # 图 光伏 电池 模 组 的 > 一 曲线 一 # 竺 # 一 认 一 汗 # # # ? 乃 二 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

22、 % 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

23、, 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 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 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 _? ) ) + # # 果 中我 们 得

24、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 6 ?: > 6 / 1 = :; ) 1 ?6 = ? . >? . = : 6 6. 67? 1 (: # 6? 61 6 : ? ) 太 阳 能光 伏 电池 的开 路 电压 , > , 7 =6 ? ? 89 = / ; 6 : 8 1 >6 一 : ; ? 1 们 1 66 日 _? 6 7? , 几 乎 不变 短路 电流 有 所 增 加 , 最 大输 出功 率 增加 3 日 , ? 6 , 8 44 # , !? # 照 强度 相 同时 路 电压下 降 此外

25、 , 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 . . 七 : 1 .7: .? 7 ? 0 1 ; ? : / , , ) 1= . : 1 7 >6 ? ) # # : 6? 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 ( 6 由“ ; : 外 : : = :一 6

26、= 9 6 6 ?一 _ 6 ? , 5 6 1 1 07 率 点位 置 也 不 同 >: 6 4 % 一 ?6 : ? = 1 . 9 6 6 6 . . =9 = 7 9 : 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 ! , 4 # _ ? 包 容玮 太 阳 能发 电系统运 转 性 能 评 估 _ ? # # 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

27、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

28、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 ; < 0 = 0 = ?6 7 = 0 > : 7 ; ?: ? ? 69 7 1 = 5 : 6 ./ 0 ?7 = : 1 . 6

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33、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

34、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

35、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 ? 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 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