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        基于Matlab/Simulink的光伏電池通用數(shù)學(xué)模型與仿真

        2016-08-09 05:29:40唐山供電公司杜劍行張家口供電公司朱冬雪國(guó)網(wǎng)天津市電力公司
        電子制作 2016年14期
        關(guān)鍵詞:輸出特性環(huán)境溫度數(shù)學(xué)模型

        馬 姍 唐山供電公司杜劍行 張家口供電公司朱冬雪 國(guó)網(wǎng)天津市電力公司

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        基于Matlab/Simulink的光伏電池通用數(shù)學(xué)模型與仿真

        馬 姍 唐山供電公司
        杜劍行 張家口供電公司
        朱冬雪 國(guó)網(wǎng)天津市電力公司

        【文章摘要】

        【關(guān)鍵詞】

        光伏電池;Matlab/Simulink仿真;特性曲線

        引言

        隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步,能源需求日益增長(zhǎng),常規(guī)能源越來(lái)越供不應(yīng)求。同時(shí),常規(guī)能源的大量使用造成了世界范圍內(nèi)的環(huán)境污染和生態(tài)惡化,因此新能源的開發(fā)和應(yīng)用成為當(dāng)今世界發(fā)展的必然趨勢(shì)。太陽(yáng)能是一種十分具有潛力的新能源,光伏發(fā)電是當(dāng)前利用太陽(yáng)能的主要方式之一[1]。由于光伏電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率受光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度的影響。因此,建立通用的光伏電池模型,研究光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度對(duì)光伏電池輸出特性的影響是很有必要的。

        1.光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型

        由太陽(yáng)能光伏電池等效電路可得出公式:

        由以上公式可得光伏電池輸出電流的表達(dá)式為:

        2.光伏電池Matlab/Simulink通用模型仿真

        基于上述數(shù)學(xué)模型,本文在Matlab環(huán)境下,利用Simulink工具建立了一個(gè)光伏電池通用仿真模型,該模型僅需采用光伏電池廠家提供的光伏電池在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件(STC)下測(cè)出的參數(shù),通過(guò)引入響應(yīng)系數(shù)來(lái)考慮環(huán)境的影響,可以模擬各種實(shí)際光伏電池產(chǎn)品在不同太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度下的P-V特性曲線和Ι-V特性曲線[4]。

        對(duì)上述模型進(jìn)行封裝如圖1所示,Te為環(huán)境溫度,S為光照強(qiáng)度,V為溫度光照強(qiáng)度光伏電池的工作電壓,雙擊模型,可對(duì)此進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,在參數(shù)對(duì)話框中輸入光伏電池標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的參數(shù)即可得到在不同環(huán)境下的輸出特性曲線。

        圖1 光伏電池仿真模型的封裝

        從仿真結(jié)果可以看出,光照強(qiáng)度對(duì)光伏電池的短路電流有影響,當(dāng)光照強(qiáng)度增加時(shí),短路電流增加,最大功率點(diǎn)有所提高;工作的環(huán)境溫度對(duì)光伏電池的開路電壓有影響,當(dāng)溫度升高時(shí),開路電壓會(huì)降低,但其短路電流卻幾乎不變,輸出功率略微下降。這符合光伏電池的輸出特性,可以充分說(shuō)明利用該數(shù)學(xué)模型模擬實(shí)際光伏電池的輸出特性以及光照強(qiáng)度、溫度對(duì)輸出特性的影響是有效的。

        3.結(jié)論

        光伏電池是一個(gè)非線性電源,其輸出量與光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度等因素有著密切的關(guān)系。通常光伏電池的模型是以光伏電池的等效電路為基礎(chǔ),基于器件的半導(dǎo)體特性及物理特性建立的[5],這些模型都需要已知一些特定的參數(shù),如串聯(lián)電阻等,一般廠家不提供這些參數(shù),不便于分析研究。而本文研究的模型僅采用光伏電池廠家提供的光伏電池在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件(STC)下測(cè)出的參數(shù),就可以模擬各種實(shí)際光伏電池產(chǎn)品在不同太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度下的輸出特性,方便工程應(yīng)用,具有很好的實(shí)用性[6]。

        圖2 不同光照強(qiáng)度下的P-V特性曲線

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]吳海濤,孔娟,夏東偉.基于MATLAB/ Simulink的光伏電池建模與仿真[J].青島大學(xué)學(xué)報(bào),2006.12,21(4):74-77.

        [2]陳玉鳴,張寅孩.基于MATLAB的光伏模塊通用仿真模型[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2012,25(3):30-31.

        [3]王長(zhǎng)江.基于MATLAB的光伏通用數(shù)學(xué)模型[J].電力科學(xué)與工程,2009.4,25 (4):11-14.

        [4]王琴,姜豐,鐘清瑤.光伏電池建模及其輸出特性仿真[J].低壓電器,2011,(10):10-12.

        [5]BALTAS P.The Arizona university photovoltaic designer program (ASUPVD)[S].Department of Electrical and Computer Engineering,Arizona State University,1996.

        [6]范發(fā)靖,袁曉玲.基于MATLAB的光伏電池建模方法的比較[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化,2012.4,41(2):157-159,163.

        根據(jù)光伏電池的數(shù)學(xué)模型,在Matlab/ Simulink仿真環(huán)境下,建立了光伏電池模塊的通用仿真模型。該模型僅需采用光伏電池廠家提供的光伏電池在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件(STC)下測(cè)出的參數(shù),通過(guò)引入響應(yīng)系數(shù)來(lái)考慮環(huán)境的影響,可以模擬各種實(shí)際光伏電池產(chǎn)品在不同太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度下的P-V特性曲線和I-V特性曲線,具有很好的實(shí)用性,可以滿足工程項(xiàng)目進(jìn)行物理模擬的精度要求。

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