《太阳能电池及MPT技术分析综述》2900字

太阳能电池及MPPT技术分析综述目录TOC\o"1-2"\h\u20333太阳能电池及MPPT技术分析综述 1210211.1太阳能电池 1304851.1.1光生伏特效应 1279041.1.2太阳能电池的建模 2227801.1.3光伏电池仿真模型分析 4305311.2MPPT技术的原理和方法 6213541.2.1最大功率点追踪的原理 6166221.2.2MPPT算法 71.1太阳能电池光伏系统是一种发电装置，其可以将光能转化为电能而满足相关能量转换要求。光伏电池具有半导体特性，在运行过程中可以吸收光辐射而形成电势差， 这样接入外部负荷后就可持续的输出电能而满足应用性能要求。1.1.1光生伏特效应进行结构分析可知，光伏系统是大量的PN结构所组成的整体，因而对光伏电池进行研究时，可适当的进行简化，而将其看作为一个PN结。在此结构的内部不断的进行热运动，且在一定的能量激发作用下形成大量电子空穴对，对应的电子也不断的与空穴结合。在运行过程中N型、P型半导体靠近情况下，由于电子数量的差异，会导致特定的电子迁移现象，相关情况具体如下：图1.1PN结的形成具体分析上图结构可知，N型、P型半导体中分别有大量的电子和空穴，二者结合后，中间耗尽层没有出现独立的载流子。这种情况下在二者间会产生较大的载流子浓度，在电子不断的运动过程中，PN结两侧积累两种载流子而形成电势差[14]。当PN结接收到光照时，PN结中两种载流子形成而吸收光能，且PN结的原来平衡状态也被打破，一些电子逃离共价键的束缚而结合空穴。在电场的驱动作用下，二者向着相反的方向运动，如空穴会向P聚集，电子则会向N聚集，在此基础上形成电势差[15]。1.1.2太阳能电池的建模一、光伏电池的数学模型一些学者基于以上的光伏特性进行深入研究，而研发出各种太阳能电池。在应用过程中其可以将光能转化为电能，以此来满足各方面的能量要求[16]。在实际的应用中单个光伏电池的输出功率小，为提高其应用性能就需要将其串联或并联封装而形成组件，这样才可以满足工程应用要求。根据实际的应用研究结果表明，光强和温度会明显的影响到光伏系统的I-V特性，且对应的影响也很复杂，和多种因素都存在相关性。因而在研究前应该先建立光伏电池的数学模型，进行一定数学物理分析而确定出光伏电池的等效电路如下图：图1.2光伏系统等效电路对以上的结构进行分析，且根据物理学知识可确定出光伏电池的I-V表达式，具体如下：式(1)中：IpℎT——对应于绝对温度，K；Rsℎ——具体表示相应以上表达式对应于光伏电池的数学模型，具体分析可知其中的参数太多，因而计算分析也不方面，不满足实际的工程应用要求，主要是应用在科学研究中[17]。因而一些学者进行改进而提出了工程用数学模型，与此相关的模型也有很多种，以下进行具体说明。二、光伏电池的工程用数学模型这种模型可满足工程领域应用要求，更具有实用性，一定条件下也可满足准确性要求。工程用数学模型在应用中涉及到如下的重要参数：Isc、Voc、Im、Vm、Pm在此研究过程中基于表达式(1)进行分析，且适当的简化设计如下:1)不考虑到(V+IRs2)在实际的运行过程中正向导通电阻显著高于Rs，这种情况下IL=I1)开路，I=0，V=V2)最大功率点，V=V在此基础上对I−V这种模型处理过程中，输入Isc、Voc、相关的参数进行分析，就可确定出C1和C2，三、温度和光强对I﹣V特性的影响根据实际的经验可知这两个参数会明显的影响到光伏电池的输出特性，一般情况下光强在0～1000W/m2在研究过程中将光强设为Sref=1000W/m2，对应的温度参考值为T在其中K而在运行过程中光强和温度的影响情况可基于如下表达式修正。α—电流温度系数，β—电压温度系数，V/℃，进行工程分析发现对单晶和多晶光伏电池而言，其实测值为[21]：1.1.3光伏电池仿真模型分析在此研究过程中主要是基于以上的工程数学模型，MATLAB中进行研究，确定出相应仿真模型，具体情况如下：图1.3光伏电池的仿真模型以下具体显示出其中各单个电池的参数:图1.4太阳能电池参数封装后测试输入相关参数进行变化，而确定出其I﹣V、P﹣V曲线：图1.5光伏电池仿真图图1.6I-V特性曲线图1.7P-V特性曲线具体分析上图结果可知，其P﹣V曲线形状相对简单，为一个典型的单峰状、非线性曲线，在曲线的峰值为最大功率点。1.2MPPT技术的原理和方法在运行过程中光伏系统的功率一般较低，为更好的满足工程应用要求，就必须追踪到最大功率点，从而提高其运行性能，为工程应用提供支持。对光伏电池的工作阻抗进行适当的调节，就可改变其工作状态。在研究过程中基于这种原理进行分析，而确定出最大功率点跟踪技术，也就是MPPT算法，以下对其原理进行说明。1.1.1最大功率点追踪的原理适当的简化处理而确定出光伏电池简化图：图1.8结构简化图负载Ro的功率为:具体分析以上的表达式可发现，Ri和Ro相等条件下，在运行过程中可输出最大功率。根据上述的简化结构图相关情况可知，在光伏电池的等效负载电阻与内阻相等1.1.2MPPT算法在实际应用中基于这种原理进行控制，研究出各种类型的最大功率点跟踪方法，以下对常用的三种方法进行说明，且分析其优缺点和适用范围：一、扰动观察法：图1.9扰动观察法流程图这种方法在运行控制过程中主要是采集历史电压和电流信息，计算确定出上一刻的输出功率，接着施加一个扰动到此时刻的输出电压，在扰动的影响下当前时刻电压会变大或者变小，确定出当前时刻输出功率，并同上一时刻对比分析，如果所得结果发现当前时刻的更大，则在控制过程中接着施加该方向的扰动，而如果小于上一时刻的，则相反方向的扰动控制，不断的继续迭代控制，一直到二者的输出功率相等[22]。根据实际的经验发现这种方法在应用过程中优点是易于实现，且所得结果很可靠，不过其缺陷也很明显，表现为施加扰动的过程中，输出功率大幅度的波动，且在施加扰动后循环的时间较长，这种情况下不满足实时性要求，同时精度也不高[23]。二、电导增量法：这种方法在进行跟踪控制时主要是基于P-V特性曲线进行调节，理论分析可知这种系统的P-V曲线为单峰状图形，对应的峰值点就是输出功率最大值。在进行数学分析时为确定出此点，就应该对功率P求导，然后基于如下表达式得到最大点：dP具体分析以上表达式可发现在光伏系统运行过程中，dIdU=−IU条件下，达到最大功率状态，而如果前者大于后者，则说明实际运行在此点的左侧，应该适当的提高输出电压图1.10电导增量法流程图对比分析可知这种方法的优势表现为精度极高，不过其缺陷表现为循环时间非常短，对系统的性能要求很高，也不容易实现，因而不能满足工程领域的应用要求。三、