【《光伏发电系统基本特性概述》3000字】

光伏发电系统基本特性概述1.1光伏电池的分类光伏电池是把光能转化成电能。目前现在我国电池市场上绝大部分还是以单晶硅和碳纤维材料电池作为主要的单晶太阳能光伏电池,有常见的三种单晶阳光硅,多晶硅,非晶硅三种,在太阳电池的电能转换发电效率和使用寿命上,单晶硅和这种多晶硅远远的要优于其他非晶硅阳能电池,但是由于这种单晶硅比其他几种多晶硅的电能转换发电效率高,随之价格也相对较高。1.2光伏电池的工作原理以晶态物质为例。p型晶体硅在其中掺杂到磷以后即可得到n型硅,形成P-N相连合。所以说，当大量太阳光直接照射到电池的表面时,部分光子被外部电荷吸收后将其中能量直接地传递到硅原子,导致外部的电子也在电路中发生了一个周期性的越迁,随后形成了电位差,如果给一个电压,自由电子就可能会在电路中产生电流,一旦电压直接经过外部的电路，它就直接在电路中产生了输出的功率。1.3太阳能电池的基本特性太阳能蓄电池等效集成电路结构如图2-1所示。图2-1理想状态下的太阳电池等效电路当一个具备带有大量太阳能光伏材料电荷的大型太阳能光伏材料电池系统受到大量太阳光的强烈照射时,电池将自动发热产生大量的光伏电流,可以用作恒流源。如图2-1所示,二极管进行并联,通过这个二极管P-N结的逃逸电流被统称为黑暗电流。当没有灯光照明时,由于外部对电压的影响,流过P-N结的电流方向正好和拍摄到的电流方向完全相反,理想P-N结的外部对电压-电流关系(I-V)如式(2-1)所示ID式中：I0q—电子电量；T—绝对温度；V—结电压；K—玻尔兹曼常数，1.38×10A—二极管的曲线系数,其值在1到2之间在应用中，太阳能电池有串联和并联两种电阻，因此通常采用相应电路，如图所示。在实际的各种太阳能动力电池中,电池等都被认为是一个分布式的参数,但在实际的应用中,它们都被视为一个束参数,分析模型时精度仍然非常高。等效电路中二极管的p-n连接不理想,可以采用二极管系数a来进行考虑,取值范围为15。如下图所示设置的电流和电压的方向,可以判断光伏电池电动机的电流和电压特性。在实践中,太阳能光伏晶体电池具有较大的串联光伏电阻和较低的并联光伏电阻，在实际太阳能电池中，电阻和其他参数视为分布参数,但是技术应用中，他们被视为集总参数,它的数据分析结果仿真度和模型的计算精度依然高但是没有足够高。本课题并没有明确涉及任何一个分布式上的参数。在没有如下图中所设定的理想电流、电压具有方向特性情况下,可以直接计算得到一种光伏材料电池的理想电流量和电压方向特性取值方程;I=Iph−ID=I由以上的方程可以得它是非线性的，其特性主要用电流与电压以及电压与功率的特性曲线来描述。其特性曲线为下图2-2所示。图2-2太阳能电池I-V和P-V特性曲线通过太阳能电池I-V特性曲线可得到太阳能电池的几个重要的参数：（1）最大电流短路输出电流（Isc（2）直流开路输出电压（Voc（3）最大输出功率点的额定电流（Im（4）最大输出功率点的输出电压（Vm（5）光伏发电系统最大输出功率点的最大功率（pmpm太阳能电池的一个基本单元一般都只能够产生不到0.5v的工作电压,这远远超出了在生活中需要的工作电压。在实践和应用中,光伏组件主要是由光伏和太阳能动力电池基本单元之间通过并联或者互相串联而组成的,它可以通过串并联,并且连接导线组成电池。此外，它作为光伏系统中最基本的部分也有其独特的地方。由于光伏矩阵生产特性的非线性特性,不同的温度和辐射强度下I-v特性的曲线也不同,图(a)显示了其工作电压、电流与日照相对曲线,如果是太阳能电池的温度则是25。从这张图中我们可以清楚地看到,太阳能电池输入的曲线就是一个测量太阳能温度与强度之间的函数。这个曲线上可以画出的最大矩形面积是和的最大值相加,该点也就是最好的工作点,定义为一个在太阳光较高强度下的最大输入功率。（a）相同温度，不同日照强度下的(b)相同日照强度，不同温度下I-V特性曲线的I-V特性曲线（c）相同温度，不同的日照强度下（d）相同日照，不同的温度下的P-V特性曲线的P-V特性曲线图2-3光伏电池的特性曲线一般太阳能光伏电池的填充因子（FillFactor：FF）及转换效率η。分别定义为：FF=(IFF×Isc×Vocp上式中pm为一个长度单位的面积入射光辐射功率，即日光量(Irradiation)，Im为最佳的开路直流工作输出电流,Voc为最佳开路直流输出工作电压，Isc为最佳短路直流输出工作电流,Vm分析图（b）可得，日照强度保持不变，随着温度的升高，光伏发电池的输出额定值也会有所降低，即如果在高温下逆向饱和输入的电流额定值值将可能会增加，从而使输入的电流大大减小，因此，不同外界条件下电池的工作效率也会收到影响。

分析图(c)可得，开路电压在光照变化时基本不变，但是最大电流变化很大，因此输出功率和最大功率也会发生改变。

分析图(d)可得，日照强度不变条件下电池开路电压虽然会在温度较高时有所降低，但是短路电流会随温度的升高而逐渐增大。这样整个总体上功率稍微有些下降；因此太阳能光伏电池的最大功率值也会随着温度线性变化，当温度升高时，电池的最大功率值也会随之减小。1.4光伏电池的仿真模型1.4.1MATLAB仿真软件Matlab是一种科学计算语言，具有强大的符号运算、数值计算、图形处理等功能。它有数百种数学运算功能可用于工程中，且具有方便的数据显示功能，可以表达二维和三维曲面，可以处理光照和四维图形数据。它还为许多特定的领域研究人员设计出了功能强大的模块化机器或者工具盒。用户既可以直接通过工具盒的方式进行学习、应用和分析评价不同的计算机方法,而不必为他们编写自己的源代码,他还为其提供了一个外部的程序接口,可以通过调用一个由C或fortran编写的程序,simulink这是一种主要用于进行计算机设备仿真的软件。它是采用matlab的一个附加组件,为客户提供了一个在系统层次上动态化建模和仿真的平台,这个模型通常被广泛地应用于对线性或非线性，连续或离散的系统或混合体进行模拟。它还为用户提供了一套图像处理动画化的方法,用户随时就能够更加便捷地观看整个模拟过程REF_Ref24835\r\h[4]。1.4.2太阳能电池板仿真模型的建立本课题在Matlab仿真环境下,以太阳能电池组件的物理模型为基础,建立了光伏阵列仿真的通用模型。该参数模型主要考虑了光照强度、环境变化温度。并联光伏发电组件之间串