基于MatlabSimulink光伏电池模型的研究概要Word下载.docx

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ｐｒｏｊｅｃｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ

０

引言

电池的模型往往很少，且无法应用于各种仿真和电力工程计算中。

目前，多晶硅太阳能电池的实验室效率已超过１７％，前景很好［１ｑ］。

本模型以数据参考手册参数为基准，用到了厂商提供的多晶硅太阳能电池标准下的参数∞Ｊ。

本文从光伏电池数学模型入手，在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕ—ｌｉｎｋ的仿真系统中，建立了一种实用性较强的光伏电池模块仿真模型，该模型忽略了一些次要因素的影响，在不同太阳辐射强度和温度下模拟出太阳电池阵列的输出特性，并且将仿真模型结果与实际太阳电池阵列的测量结果进行了比较，工程应用精度在误差允许范围内，为光伏系统研究提供了极大的参考价值。

ｌ光伏电池特性

硅太阳能电池的特性可用一个等效电路来描述：

兄

随着经济的发展，人口的增加，化石能源逐步消耗，能源危机问题日益严重。

在这样的背景下，太阳能作为一种巨量的可再生能源，引起了人们的重视，各国政府正在逐步推动太阳能光伏发电产业的发展。

但是，大多数的光伏发电系统都是基于经验公式进行设计的，为了对整个设计系统进行验证和优化，有必要研究适用于光伏发电系统工程设计应用的仿真模型。

由于太阳能电池阵列是光伏发电系统的核心部件，所以在光伏发电系统中，对太阳能电池阵列仿真模型的研究至关重要。

太阳能电池技术发展很快，目前比较成熟且广泛应用的是经归类的太阳能电池。

在２００９年，全球太阳能电池的产量为１

１．５

０２３１

ＭＷｐ，到２０１１年预计达到

ＧＷｐ，比２０１０年增加５０％。

其中，单晶硅电池占

４３．８６％，多晶硅电池占４６．６２％，薄膜电池占９．５２％。

国内外太阳能行业都在围绕提高太阳能电池的光转换效率和降低成本这两大目标开展研究工作。

太阳能电池通过串并联组合成光伏阵列使用，但针对单个太阳能

）

图１

２ｓ

争凡Ｃ

收稿日期：

２０１卜０８—１４

太阳能电池等效电路

万方数据

第２４期杨金孝等：

Ｔ１＝Ｔ—Ｔ。

ｆ

１９３

根据图１中电压与电流的参考方向，得出晋遍使用的太阳能电池通用模型…：

（７）（８）（９）（１０）

Ｉ铀Ｉｐｈ－－ｎｐ“ｅＸｐ［赤等≯－１＿１｝一

Ｓ】＝导一１

３”ｆ

以，訾

Ｄ＝ＩｓｅＳ｝＋ａＴｌ（１＋Ｓ１）

（１）ＬｌＪ

以ｐ—１－

大，Ｒ。

的实际值很小，故有：

ｄｖ＝ｂＴｌ＋ＤＲ，

由于实际当中，太阳能并联电阻Ｒ小的实际值很

ｊ乩。

１－－Ｇ［１－－ｅｘｐ（铹）］｝＋。

…，

式中：

ｊ。

Ｖ。

，Ｊ。

，Ｖ。

为４个标准参考技术值；

Ｓ。

ｔ为太阳光强参考值为１

０００

Ｊ＝刀，Ｊ，ｎ一押，Ｌ［ｅｘｐ（志・差）一１］（２）

Ｊ。

ｈ

Ｗ／ｍ２；

Ｔ。

ｒ为电池参考温度，为

２５℃；

Ｓ，Ｔ为任意太阳光强和电池温度；

Ｓ－，丁ｔ，Ｃ・，ｃ２，Ｄ均为中间变量；

ａ，ｂ为补偿系数，ａ＝０．００５２．２仿真曲线及结果

由图２得到该模型的仿真曲线（仿真采用变步长算法ｏｄｅ４５ｔｂ，仿真时间设为２５，设最大步长为０．１）。

在温度Ｔ一２５℃时，测得光照强度为１

８００Ｗ／ｍ２，６００

４，

２［Ｌ＋忌Ｉ（丁一丁ｒ）］旦ｉ００

（３）

Ｌ—Ｌ［ＦＴｊ３唧【丽ｑＥ（：

ｌｚｌ一亍１］）

６＝０．２１。

太阳能电池模型的内部结构如图２所示［８］。

（４）

，，Ｖ为太阳能电池的输出电流、电压（单位：

Ａ，Ｖ）；

咒。

，砩为光伏阵列串列和并联的电池个数；

ｊｐｈ为太阳能电池光生电流，单位为Ａ；

ｆ。

为短路电流，单位为Ａ；

ｑ为电子电量（１．６

１０＿ｚ３

Ｘ

１０＿１９

Ｗ／ｍ２，

Ｃ）；

量为波尔兹曼常数（１．３８

Ｗ／ｍ２，４００Ｗ／ｍ２，２００Ｗ／ｍ２时的光

Ｉ／Ｋ）；

Ａ为无纲量任意曲线的拟合常数，取值在１～

伏阵列电池卜Ｖ，Ｐ－Ｖ曲线如图３，图４所示。

５之间；

Ｔ为太阳能电池绝对温度（单位：

Ｋ）；

ｔ为太阳能电池参考温度（单位：

Ｌ为太阳能电池阵列反向饱和电流（单位：

Ａ）；

为二极管反向饱和电流（单位：

＆为硅的禁带宽度；

ｋ。

为短路电流温

度系数；

Ｓ为光照强度（单位：

Ｗ／ｍｚ）。

２光伏组件的建模、及仿真

２．１

光伏组件模型的数学表达和模型建立

由于现有硅太阳能电池工程数学模

型精度不高，方法不够简化，容易出错的缺点，基于硅太阳能电池的理论数学模型，本文提出一种改进的硅太阳能电池非线性工程简化数学模型。

该模型是利用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ工具，在光伏电池物理数字模型的基础上，建立的一种简洁光伏电池仿真模型。

该模型忽略一些次要因素的影响，根据厂商提供的多晶硅太阳能电池作为参考‰川。

下面给出Ｓ一１

图２

５４．５

４３５３

、

太阳能电池模型

Ｗ／ｍ２，Ｔ＝

２５℃测试条件下的４个电气参数，即短路电流ｊ。

。

＝

４．７５

Ａ、开路电压Ｖｏ。

＝２１．７５Ｖ、最大功率点电流Ｉ。

＝Ａ和最大功率点电压Ｖ。

＝１７．２５

≤２．５

２１．５１０．５０

５

１０

矿，Ｖ

１５

２０

４．５１５

首先给出仿真模型的数学表达式为：

ｃｔ＝（・一每）ｅｘｐ（一丧）

Ｃｅ一（瓦Ｗｍ一１）／１ｎ（１—７＝ｌｒｎ）

㈣

图３

Ｔ＝２５℃时，光伏电池的｝ｙ曲线

‘６）

１９４

现代电子技术２０１１年第３４卷

图４丁＝２５℃时，光伏电池的Ｐ－Ｖ曲线

在光照强度为Ｓ＝１０００

Ｗ／ｍ２，测得温度分别为

１０℃，２５℃，４０℃，５５℃，７０℃时的光伏阵列电池ＦＶ，Ｐ－Ｖ曲线如图５，图６所示。

・

ｖ，一

”如¨

柚如”加¨

们图５Ｓ＝１０００Ｗ／ｍ２时，光伏电池的ＦＶ曲线

图６

Ｓ＝ｉ０００

Ｗ／群时，光伏电池的Ｐ．ｙ曲线

由图３，图４可知，在温度不变的情况下，随着光照强度的不断升高。

最大功率点也在逐渐增大。

由图５，图６可知，在光照强度不变的情况下，随着温度的升高，最大功率点在逐渐减小。

仿真结果表明，该模型比完全采用数学建模或用Ｓ—ｆｕｎｃｔｉｏｎｃ钉函数建模相比，结构简单，易于操作，只需要相关参数就可以模拟出与实际情况相近的特性曲线。

３实测结果与估算结果的比较

在考虑了任意光强和温度下串联电阻Ｒ。

参数的影响后，对该模型进行了太阳能电池输出电气特性试验。

根据测得的太阳能电池阵列［６］，对在任意选取的太阳辐射强度（Ｓ）、电池温度（Ｔ）下，不同负载的电流电压值［１”１１１和对应条件的工程简化模型进行了仿真结果对比。

实验与仿真结果的对比如图７～图９所示（①为仿真曲线；

②为实验曲线）。

图７Ｓ＝５５０

Ｗ／ｍ２，丁＝２５℃

ＺｆＩ

¨

＂如私加¨

ｍ¨

图８

Ｓ＝６５０

Ｗ／ｍ２，Ｔ一５０℃时

Ｏ５Ｏ

５Ｏ蠢｛ｌ

５Ｏ５

”如”加¨

∽¨

ｏＯ

图９

Ｓ＝７５０

Ｗ／ｍ２，丁一７５℃时

表１为不同光照强度和电池温度下该模型的仿真

数据和实验数据之相对误差对比。

裹Ｉ最大相对误差比较值

仿真实验条件

最大相对误差／％

Ｓ／（Ｗ／ｍ２）Ｔ／℃

Ｒ。

＝Ｏ．０５

由表中数据可以看出，该模型精度满足了通常工程应用要求的精度范围６％以下。

４结语

本文的光伏组件的数学模型是在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕ—ｌｉｎｋ环境下，利用其数学模型建立了ＰＶ块的Ｍａｔｌａｂ仿真模型。

经仿真实验结果表明，该模型算法简单，在结构上有了一定的改进，使结构简化，提高了运算速率。

本文模型仿真结果和与实验测得结果对比，比较结果表明，该模型的最大相对误差都在工程允许的精度６％内，与传统方法比进一步提高了精度，对于研究人员和后续工作来说，也极具参考价值。

（下转第１９８页）

１９８

２０１１年第３４卷

与热敏电阻阻值的关系。

由表中数据可以看出，其热敏电阻值与输出电压的关系与图３模拟仿真结果基本一致，误差不超过１％。

裹ｌ未经过制冷有源温控系统的测试数据

源，同时建立基于半导体传感器的温控监测电路，形成一个完整的闭环控制系统，通过主动散热的方式为大功率ＬＥＤ高效可靠的工作提供保证。

此系统的设计经过实验论证，证实此方法准确，有效，具有开发的价值。

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而当加入ＴＥＣ制冷器以后，无论发光亮度有多大，ＬＥＤ表面温度都迅速降温为２５℃左右，达到了预期制冷的效果。

表２为加入ＴＥＣ制冷器后输出电压，温度与热敏电阻阻值的关系。

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Ｏ．８６１．１３１．４３１．６７１．９４

２０２４．３２６．１２５．６２６．３

Ｏ．７８２０．９１３１．１０３１．２１２１．３２４

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３结语。

本文给出了一种新型的ＬＥＤ有源温控系统的设计，使用降压型ＬＥＤ驱动器作为ＴＥＣ制冷器的驱动电

作者简介：

刘世俊

刘

超

男，１９８５年出生，工程师。

研究方向为电力电子。

研究方向为电机控制。

（上接第１９４页）

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扬金孝男，１９６４年出生，陕西宝鸡人，硕士生导师，副教授。

主要研究数据采集与处理和微电子学方面的研究。

朱琳女，１９８５年出生，吉林白城人，硕士研究生。

主要研究方向为微电子学与固体电子学。

基于Matlab/Simulink光伏电池模型的研究作者：

作者单位：

刊名：

英文刊名：

年，卷（期）：

杨金孝，朱琳，YANGJin-xiao，ZHULin西北工业大学电子信息学院,陕西西安,710129现代电子技术ModernElectronicsTechnique2011,34（24）

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