【《光伏电池仿真模型建立及MPT算法仿真分析案例》2300字】

光伏电池仿真模型建立及MPPT算法仿真分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u2722光伏电池仿真模型建立及MPPT算法仿真分析案例 18621.1太阳能电池工作原理 1150681.2光伏电池仿真模型建立 1231671.2.1太阳能电池等效电路 1265421.2.2工程用光伏电池等效模型 21331.4总结 4全面了解设计和研究光伏发电系统时太阳能电池的输入和输出特性将有助于提高工作效率并节省开发成本。本文对算法进行后续理论研究，光伏电池仿真建模将有助于验证，可以使研究开发工作事半功倍。1.1太阳能电池工作原理在1839年，由法国科学家贝克勒尔发现了光电效应。贝克勒尔第一个发现了在半导体的两个部位中会产生电势差。在此之后科学家们研究了许多别的材料，他们发现所研究的材料中都能产生光电效应，像硒，硅，氧化铜之类的半导体材料。大致的原理是阳光照射在光伏电池上之后电池内部的电荷由于流动产生电动势，形成电流。光伏效应的本质就是利用太阳能转换为电能。产生的电动势成为光伏电压，可以为负载供电。如图所示。如图所示，最初的光电电池面向太阳的是PN结的P面。但是，在范艾伦辐射区，这种结构的光电元件可以很快达到由于辐射的影响而降低的状态，为提高光电元件对其结构辐照的稳定性。设计用于对n层电极的太阳照射。光电元件表面覆盖低反射系数的保护膜，从而将反射损耗降低到5%以下。光电产业的需求越来越大，太阳能电池的应用也越来越广。由此也带动光伏产业的蓬勃发展，各种先进的新型材料也应运而生。也让相应的电池板的价格逐步下降。这样光伏发电的总成本也随之下降。为日后大面积推广光电技术打下了良好的基础和创造了优良的先行条件。1.2光伏电池仿真模型建立首先通过工程近似建立光伏电池等效电路的工程数学模型，后用MATLABSimulink仿真工具箱进行仿真。1.2.1太阳能电池等效电路先得建立光伏电池的数学模型，通过其数学模型能反映出光伏电池的各项参数的动态变化并找出其规律。这样能更好地分析光伏电池的电性能，能更好的和光伏控制系统配合。图22太阳能电池等效电路如上图所示。太阳能电池的内部结构大致可以分为光伏电池，二极管和内部的串并联电阻。电池表面的油污和内部半导体边缘泄露产生了并联电阻Rsh。电池半导体的材料体电阻，金属电极和电池片的接触电阻等基本上就组成了串联电阻Rs。太阳能电池组的串联电阻低，并联电阻高，太阳能电池的性能就好。分析图22太阳能电池等效电路，可知I=Iph公式(1.1)可变化为:I=Iph−太阳能电池数学模型公式为式(1.2),式子(1.1)和式(1.2)中所有参数所代表含义如I：太阳能电池输出电流,单位为A；Iph：内部光空电流，单位为AIsh：PN结漏电流，单位为A；Id：内部PN结正向电流，单位为A；U：输出电压，单位为V；Io：反向饱和电流，单位为A；q：电子电荷，约为1.602×10−19C；A：二极管品质因子；K：波尔兹曼常数，约为1.381×10−23J/K；T：开式温度，单位为K；Rs：等效串联电阻，单位为Q；Rsh：等效并联电阻，单位为Q；1.2.2工程用光伏电池等效模型在本文前一部分中，分析了光伏电池的数学模型并获得方程，如方程（1.2）。但方程中参数A，Rs和Rsh都是其内部等效参数。参数大小不光由电池本身性质，例如开路电压（Uoc），短路电流（Isc），最大功率点电压（Um），最大功率点电流（Im）和外部环境例如，光强（S）温度（T）是相关，因此根据光伏电池数学模型，很难对其进行仿真和建模。为了方便仿真和方便于建模将等式（1.2）近似如下：第一，通常来说光伏电池的Rsh都是几千欧。由于分母很大（U+Rsl）/Rsh很小，能忽略。第二，Rs比二极管正向电阻还要小很多，所以Iph^I=I在最大功率点处有：Im(1.5)在一般情况下有exp(1.5)C1=1−在开路状态下有I=0时，U=Uoc0=Isc{1−1−同样exp1CC2=(U将光伏电池数学模型转换为上述模型后，我们只需获取制造商提供四个参数Uoc，Isc，U,和Im，即可计算出参数C1和C2，并将其值可以将从前述可以看出，光伏电池IU输出特性曲线与外部环境光强度（S）和温度（T）有关。一般来说，光强S的范围；0W/m2−1000W/m2，同时温度范围是10℃−70℃。标准情况下，S=1000W设T为在任何光照强度S和任何环境温度Tair下电池温度，然后T=Tair+KS一般情况下，K=0.03(℃∙m通过在标准S和T下平移IU特性曲线任意点（U，I），可以获得在任何光强度和电池温度下模型IU特性曲线。假设翻译后获得新坐标为（U;T），则为UlF在标准情况下，与坐标U，I关系如下：dT=T−Tref (dI=αSSrefdU=−βdT−RsdI I=I+dI (1.12)U'=U−dU (其中，a是参考光强度下当前温度系数A/℃;β是参考光强度下电压温度系数，V/℃;Tnf是标准电池温度；S根据本节中公式（1.3）,(1.5）,(1.7）和（1.9）─(1.13），可以建立工程光伏电池等效仿真模型。1.4总结本