基于Matlab/Simulink的光伏電池仿真模型研究
摘要:介紹一種以輸出特性為基礎(chǔ)的光伏電池數(shù)學(xué)模型,該模型通過光伏電池的4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)性能參數(shù)擬合出電池輸出特性,它能模擬光伏陣列在任意太陽輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度下的輸出特性。最后,在Matlab/Simulink環(huán)境下建立光伏電池的仿真模型,將仿真結(jié)果與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行對比,驗(yàn)證該模型的準(zhǔn)確性。
關(guān)鍵詞:光伏電池;輸出特性;Matlab/Simulink;數(shù)學(xué)模型
隨著低碳經(jīng)濟(jì)和低碳技術(shù)的發(fā)展,太陽能作為一種潔凈可再生能源已成為各國研究的熱點(diǎn),各國政府也相繼出臺各類政策支持太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的研究和發(fā)展。然而,由于其較高的研發(fā)費(fèi)用和受實(shí)際環(huán)境因素限制,使太陽能光伏技術(shù)的發(fā)展遠(yuǎn)不能滿足社會發(fā)展需求。所以實(shí)驗(yàn)室仿真分析成為光伏電池設(shè)計(jì)與研究的有效手段。本文在Matlah/Simulink的仿真系統(tǒng)中,基于光伏電池輸出特性的基礎(chǔ)上對光伏電池進(jìn)行建模,仿真結(jié)果表明,該數(shù)學(xué)模型的輸出特性與實(shí)際太陽能電池板輸出特性非常接近,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性。
1 光伏電池實(shí)用仿真數(shù)學(xué)模型
光伏電池是利用半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)制成的,所謂的光伏效應(yīng)是指半導(dǎo)體材料吸收光能后產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。所以光伏電池本身是一個(gè)P—N結(jié),基本特性與二極管類似,其等效電路由光生電流源和一些電阻組成。仿真模型的特點(diǎn)是采用簡單且易獲取的參數(shù)擬合出光伏電池的輸出特性,適用于對電池外部特性進(jìn)行的仿真研究。根據(jù)光伏電池的V-I特性曲線可以得到基本輸出特性公式:
式中:U、I為電池輸出電壓和電流;C1,C2為修正系數(shù)。
上述數(shù)學(xué)模型還與實(shí)際環(huán)境存在一定偏差,所以應(yīng)該進(jìn)行修正。采用性能參數(shù)修正法建立的數(shù)學(xué)模型,在環(huán)境條件變化時(shí),如溫度,光照強(qiáng)度等因素,可以對光伏電池的4個(gè)性能參數(shù)進(jìn)行修正,得到接近實(shí)際環(huán)境下的光伏電池實(shí)用模型,修正系數(shù)如下所示:
式中:a和c為溫度補(bǔ)償系數(shù),b為光強(qiáng)補(bǔ)償系數(shù)。
從上面公式得到的光伏電池實(shí)用仿真模型不需要復(fù)雜的參數(shù),只需要4個(gè)基本性能參數(shù)就模擬光伏電池輸出特性。利用Matlah對上述光伏電池模型進(jìn)行仿真,以式(1)為數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ),在simulik里建立仿真模型。圖1為光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型內(nèi)部結(jié)構(gòu),圖2為該模型的封裝模塊,并在內(nèi)封裝Um,Uoc,Im,Isc以及Tref,Sref參數(shù),太陽能電池模型參數(shù)設(shè)置圖3所示。其中V,I為模型實(shí)際電壓和電流,S,T分別為實(shí)際日照強(qiáng)度和環(huán)境溫度。
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