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

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【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。