文件名称：光伏组件的物理及数学模型-地理国情普查内容与指标 gdpj01-2013
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更新时间：2024-06-23 11:49:55
光伏发电 matlab
1 光伏组件建模仿真 1.1 光伏组件的物理及数学模型 太阳能光伏电池由许多 P-N 结组成， 将光能转换为电 能。 光伏电池的等效电路如图 1 所示[2]。 图 1 中，Iph 为光生电流，当光照恒定时，由于光生电流不 随光伏电池的工作状态而变化，因此可以等效为恒流源。 在 光伏电池的两端接上负载后， 负载端电压反作用于 P-N 结 上，产生与光生电流方向相反的电流 Id。 串联等效电阻 Rs 表 示电池中电流受到的阻碍作用， 其数值取决于 P-N 结深度、 半导体材料的纯度和接触电阻。 串联电阻越大，线路损失越 大，光伏电池输出效率越低；旁路电阻 Rsh 与电池对地的泄漏 电流呈反比。 根据太阳能电池内部结构和电路特性，可建立太阳能电 池的数学模型公式[1]表达如下： Iph=Iph(T1)[1+K0(T-T1)] （1） Iph(T1)=G·ISC(Tnom )/Gnom （2） K0=(ISC(T2)-ISC(T1)/(T2-T1) （3） Id=IOS exp q(V+IRs) AkT! "-# $1 （4） 其中，Iph 为与光照强度呈正比的光生电流；ISC 为光伏电池的 短路电流；ISC(T1)为在标准光照条件 G=1000 W/m2，温度为 T1 条 件下的短路电流，A；ISC(T2)为在标准光照条件 G=1000W/m2，温 度为 T2 条件下的短路电流，A；G 为光照强度；Gnom 为 标 准光 照强度，值为 1000W/m2；K0 为短路电流温度数 A/℃；Id 为流过 二极管的电流；IOS 为光伏电 池 饱 和 电流；V 为 负 载 端 电 压；I 为负载端电流；A 为 P-N 结理想因子， 取值 1～2；K 为玻尔兹 曼常数（1.38×10-23J/K）；T 为开氏温标。 基于电池组件 Solarex MSX60 60W 的参数（表 1）建立了本 文所提出的电池组件模型，并根据式（3），计算 K0=0.0024A/℃。 根据式（1）和式（2）推导出[2] Iph=G· 3.8 1000 ×[1+0.0024(T-25-273)] （5） 对于电池组件（串联单体电池个数为 ns，并联单体电池个 数为 np），光伏组件的输出特性方程 [2]为 I=npIph-nsIOS· exp q(V+IRs) AkT! "-# $1 （6） 本文所建立的光伏组件模型无并联单体电池，串联电池 个 数 为 36 个，即 ns=36；在 外 部负 载 短 路 时，可 知 I=0，V=Voc 代入式（6），得到 Iph-36IOS· exp q(V+IRs) AkT! "-# $1 =0 因此可得 IOS= Iph exp q(V+IRs)AkT! "-1 （7） 1.2 光伏组件基于 Matlab 软件的建模 根据光伏组件的等效电路建立 Simulink 模型，如图 2 所示。 图 1 光伏组件的等效电路 Fig. 1 PV module equivalent circuit 表 1 电池组件 Solarex MSX60 60W 的参数 Table 1 Parameters of PV module Solarex MSX60 60W 型号 开路 电压 短路 电流 最大 功率点 25℃短路 电流 Solarex MSX60 60W 21.1V 3.846A 17.1V/3.5A 3.8A 最大功率 电流温度 系数 电压温度 系数 功率温度 系数 75℃短路 电流 60W （0.065± 0.015）%/℃ -（80±10） mV/℃ -（0.5± 0.005）%/℃ 3.92A 图 2 光伏组件仿真模型 Fig. 2 Simulation model of PV module 研究论文（Articles） 科技导报 2010，28（18） 95