光伏电池、组件、阵列的精确模型仿真研究
光伏发电中的光伏矩阵的建模与仿真研究
创新前沿科技创新与应用Technology Innovation and Application2017年34期光伏发电中的光伏矩阵的建模与仿真研究宋灵璞(山东建筑大学信息与电气工程学院,山东济南250101)摘要:光伏发电作为最具开发潜力的新能源受到了国家政策的大力支持,近年来飞速发展。
光伏矩阵是光伏发电系统的重要组成部分。
针对光伏发电系统的作业工况,建立了光伏矩阵模型、最大功率点跟踪控制算法模型、DC -D C 转换电路模型,并利用Matlab /Sim ulink 建立了 上述的仿真模型,对不同光照强度、电池温度条件下的光伏电池矩阵的特性进行了仿真分析并且通过改变光照强度、电池温度、转换电路负载 特性仿真分析了最大功率点跟踪控制算法的控制效果。
仿真结果表明在DC -D C 转换电路的负载为纯阻性负载时,最大功率点跟踪控制算法 中的扰动观察法在光伏发电系统中能够获得理想的控制效果。
关键词:光伏矩阵;最大功率点跟踪;DC -D C 转换电路;建模;仿真分析中图分类号:TM 615文献标志码:A文章编号:2095-2945 (2017)34-0014-02引言太阳能是最清洁、可靠的能源,光伏发电作为开发利用太阳 能最有效的途径,逐渐受到全社会的广泛关注。
《电力发展“十三 五”规划》中针对分布式光伏提出了以下目标一到2020年,太 阳能发电装机达到110GW 以上,其中分布式光伏60GW 以上。
因 此光伏发电的仿真研究对其实际工程应用具有一定的指导意义。
光伏电池作为光伏发电的基本组成部分,其输出特性呈现 非线性。
对于光伏电池建模的研究,文献[1]提出的建模方法精度 高,可以对多种工况进行模拟,但运算量大且仅是对光伏电池的 原理性仿真2]。
文献[3-5]将建模过程简化,由厂商参数得到光伏电 池模型,适于光伏阵列功率计算但难以仿真光照不均匀工况0。
文 献[6]、[7]提出的基于物理实验数据和仿真实验数据的拟合建模法 计算速度快但其精度由拟合对象决定p ]。
光伏电池阵列模型的建立及其控制方法研究
光伏电池阵列模型的建立及其控制方法研究光伏电池阵列是利用太阳能发电的一种方法,它通过将大量光伏电池组合起来形成一个整体,在阳光充足的情况下可以产生大量电能。
因此,对于光伏电池阵列的模型建立和控制方法的研究有着非常重要的意义。
本文将介绍光伏电池阵列的模型建立和控制方法的研究进展。
光伏电池阵列模型的建立在建立光伏电池阵列的模型时,需要考虑多种因素。
首先是太阳光的强度和角度,这会影响到电池的输出功率。
其次是气候和天气因素,如温度、风速、湿度等,这些因素也会影响电池的输出功率。
最后则是光伏电池本身的特性,如开路电压、短路电流、光电转换效率等。
在建立模型时,通常采用MATLAB等工具进行仿真,模拟电池的输出功率。
对于光伏电池阵列而言,应该从单个电池开始,再逐步扩大到整个阵列。
在模型建立的过程中,需要考虑以下几个方面:1.光伏电池单元建模:建模的核心是光电转换方程式,即在不同强度、波长、角度、截止波长等条件下电池的光电效率。
2.光伏电池串、并联建模:按照一定的电路拓扑结构建立电池组模型。
3.阵列模块建模:按照一定的组合方式将电池串并联,形成光伏电池阵列模型。
4.建立模型后,进行仿真测试,比较实际阵列的输出参数与仿真计算的输出参数的误差情况,不断调整模型参数,使得模拟值与实际阵列输出相符。
光伏电池阵列控制方法的研究光伏电池阵列的控制包括两个方面:一是保证电池组的安全运行,二是使电池组输出功率最大化。
1.保证电池组安全运行保证电池组的安全运行的方法主要包括以下三个方面:(1)过渡保护:在电池组过渡时,需要增加快速保护手段,避免输出过电流等问题。
(2)短路保护:在电池组出现短路时,需要立即切断电源,防止变成火灾。
(3)防晒保护:在电池组长期暴露在高温、强光等环境下时,需要采取有效的措施,避免电池老化、减少功率损失。
2.使电池组输出功率最大化使电池组输出功率最大化需要考虑以下几个方面:(1)最大功率点跟踪(MPPT)算法:这是一种简单而有效的方法,可以实现电池组输出功率最大化。
局部阴影下光伏阵列的建模与仿真分析
控制策略或研究新的控制控制。
图3 局部阴影下I-U特性
图Hale Waihona Puke 不同光照条件下P-U特性3.局部阴影下光伏阵列发电研究 光伏发电系统在安装过程中,会将多个发电单元通过串联的方
式组合在一起,提高发电量(徐子哲,局部阴影条件下光伏阵列MPPT 控制系统设计:东北农业大学,2017;朱文杰,荣飞,局部阴影条件 下基于支路串联电压源的光伏阵列结构设计:中国电机工程学报, 2013)。这种会占用一定面积的多个发电单元组成在一起形成了光伏 阵列。假设安装在一起的所有电池单元所受到的外界环境是一样的情 况下,则整个光伏阵列的输出等于每个发电单元的输出总和,但是这 是一种理想的状态。大多数安装在户外的光伏阵列会受到外界环境的 干扰,不可能保证每一个发电单元都在一样的环境下运行,从而会在 光伏阵列内部形成阴影效应(宋璇坤,韩柳,鞠黄培,陈炜,彭竹 弈,黄飞,中国智能电网技术发展实践综述:电力建设,2016;苏建 徽,余世杰,赵为,硅电池工程用数学模型:太阳能学报,2005;王 丽萍,张建成,光伏电池最大功率点跟踪控制方法的及改进:电网与 清洁能源,2011)。为了更好的模拟现实状况,本文采用两个发电 单元,其中发电单元一个光照强度设置在1000W/m2,另一个发电单元 光照强度设置为600W/m2,通过两个发电单元的光照强度不一,形成 局部阴影。两个发电单元是相对独立的,当处在局部阴影状况下的发 电单元的短路电流小于整个光伏阵列的输出电流时,光伏阵列会给处 在局部阴影的发电单元充电,导致局部过热,形成一定程度的热斑现 象,而当处在局部阴影状况下的发电单元的短路电流大于整个光伏阵 列的输出电流时,光伏阵列正常输出,系统稳定工作。因此,为了防 止热斑现象的发生,每一个发电单元都会并联一个旁路二极管,防止 光伏阵列出现上述情况。这种并联的二极管的存在,导致了光伏阵列 的输出特性曲线发生一定的改变,出现了输出功率的多峰值现象。 因此,搭建整个光伏阵列在局部阴影的条件下仿真模型,并仿真的 输出特性I-U和P-U曲线见图3和图4。
基于MATLAR/Simulink光伏电池模型的研究
基于 MA T L A WS i mu l i n k光伏电池模型的研究
章 政 杰
( 江苏省 电力公 司检修分 公司无锡检 修分部)
摘 要: 提 出一种 以太 阳能 电池数学模型为基础 , 在MA T L A B / S i m u l i I l I ( 环境下建立 的光伏 电池仿真模型。 该模型与其他常用建模 方法相 比, 该模型 结 构简化 , 易于操作 , 能更好的描述光伏 阵列 的电气特性 。与传统方法相 比, 精度有所提 高, 为整个光伏系统进一步研 究提供参考价值 。. 关键词 : 太阳能电池 ; 数学模型; ma t l a b
l 引 言
』 = [ 1 s c + 【 一 ) ] S
( 3 )
随着 经济 的发展 , 人 口的增加, 化石 能源逐步 消耗 , 能源危机 问题 日益
严重。在这样的背景下 , 太阳能作 为一种巨量的可再生能源 , 引起了人们的 重视, 各国政府正在逐步推动太阳能光伏发电产业的发展 。但是 , 大多数的 光伏发电系统都是基 于经验公式进行设计的,为了对整个设计系统进行验 证和优化, 有必要研究适用于光伏发电系统工程 设计应用的仿真模型。 由于 太阳能电池 阵列是光伏发 电系统的核心部件 , 所 以在光伏 发电系统 中, 对太 阳能电池阵列仿真模型的研究至关重要 。 太 阳能电池技术发展很快 , 目前比 较成熟且广泛应用的是经归类的太 阳能 电池 。 在2 0 0 9 年, 全球太阳能电池的
3 5 0 V。
因素的影响,在不同太阳辐射强度和温度下模拟出太 阳电池阵列的输 出特 性, 为光伏 系统研究提供 了较有用的参考价值。 2光伏 电池特。 陛
硅太阳能电池的特性可用 一个等效电路来描述, 如 图1 所示:
光伏电池阵列模型的 Matlab 设计与仿真
光伏电池阵列模型的 Matlab 设计与仿真余基映;张腾;谭兴毅【摘要】利用 Matlab 软件平台搭建了光伏电池阵列的仿真电路模型,研究了光照因素、温度因素及光伏电池内部参数对光伏阵列电气特性的影响,并针对动态光照条件下光伏阵列的输出特性进行仿真和计算。
研究结果表明:光照强度、温度和串联电阻的变化对光伏阵列开路电压、短路电流、伏安特性、输出功率及最佳工作点具有显著影响,光伏阵列的仿真模型可以较好实现光伏阵列的动态仿真。
%A circuit simulation model of photovoltaic array was developed based on Matlab / Simulink soft-ware,the effects of solar insolation,temperature and photovoltaic cell parameters on electrical behavior of photovoltaic array were analyzed,and the output characteristics of photovoltaic array under dynamic irra-diance condition were simulated and calculated. The simulation results indicated that irradiance,tempera-ture and series resistor have significant impact on open-curcuit voltage,short-circuit current,volt-am-pere characteristic,output power and optimum working point of photovoltaic array. The developed model is capable of accomplishing dynamic simulation of photovoltaic array.【期刊名称】《湖北民族学院学报(自然科学版)》【年(卷),期】2016(034)001【总页数】4页(P64-67)【关键词】光伏电池阵列;仿真;输出特性【作者】余基映;张腾;谭兴毅【作者单位】湖北民族学院科技学院,湖北恩施 445000;湖北民族学院理学院,湖北恩施 445000;湖北民族学院理学院,湖北恩施 445000【正文语种】中文【中图分类】TM914光伏发电技术是基于光伏效应实现太阳能转化为电能的发电方式,目前已被广泛应用于太空卫星、电信基站及偏远山区等领域,并逐步成为解决未来能源危机和生态环境问题的有效途径[1-5].光伏阵列作为电能供应装置是构成光伏系统的核心部件,其输出特性的研究对于提高太阳能利用效率和光伏发电系统输出功率具有关键性作用.利用计算机技术建立光伏阵列仿真模型可以方便地模拟和评估不同光照及温度条件任意排列方式光伏阵列的输出电气特性,具有很好的实用价值和应用前景.Matlab软件因具有高效的计算性能而备受国内外研究者青睐,被广泛应用于光伏系统的设计和性能仿真研究[6-9].目前,普遍采用单二极管等效电路模型来建立光伏电池仿真模型[10-13],该等效电路模型由线性直流源和单个二极管并联组成,没有考虑半导体耗尽层中因能量激发所产生电子恢复运动[14],因而欠缺通用性.本文基于双二极管等效电路模型[15]建立光伏电池单体模型,增加的二极管用来等效光伏电池漏电流特性,可以提升仿真效率和计算精度.利用Matlab软件仿真模块simElectronics组件库搭建光伏阵列物理特性的通用仿真模型,该仿真模型以光照强度、环境温度及光伏电池内部参数为输入条件,仿真得到光伏阵列的输出V-I特性和V-P特性.通过模拟变化的光照条件,得到光伏阵列输出电气特性的动态仿真结果.双二极管等效电路模型如图1所示,因此,输出电流I满足式(1),其中Iph为光生电流,Rs、Rp表示光伏电池等效串联电阻、并联电阻,N1、N2代表二极管D1、D2理想因子,Is1、Is2代表二极管D1、D2反向饱和电流,Vt表示光伏电池热电压,满足:Vt = kT/q,k为波尔兹曼常量,q为元电荷,T为光伏电池温度.在Matlab/Simulink环境下搭建光伏阵列仿真模型如图2所示,光伏阵列由36块光伏电池单体组成,图3给出了光伏阵列子系统中各模块连接方式.光伏阵列由6个光伏组件构成,每个光伏组件由6个光伏电池串联而成,光伏阵列的光照条件参数由Signal Builder模拟产生,光伏电池单体模型基于双二极管等效电路模型建立,仿真计算过程采用变步长Ode45(Dormand-Prince)算法,仿真运行速度快.2.1 光伏阵列光照及温度特性仿真设定光伏电池仿真参数如表1所示,在环境温度为25℃条件下,改变光照强度Ir 值分别为0.25、0.75和1.25 kW/m2得到光伏阵列V-I和V-P特性曲线如图4所示,表2列出光伏阵列不同光照强度时开路电压Voc、短路电流Isc及最大输出功率Pm等参数.由图4可以看出,随着光强增大,短路电流Isc和开路电压Voc 增大,光伏阵列输出电流与输出功率显著上升,这是由于光强增加有利于提高光伏电池内部载流子迁移率及光子吸收系数[16],从而提升光伏阵列转换效率.固定光照强度值为1 kW/m2,得到温度T分别为15℃、25℃和35℃时光伏阵列V-I和V-P特性曲线如图5所示,表3列出了不同温度时光伏阵列的输出特性参数.由图5可得,不同温度下光伏阵列短路电流Isc基本不变,可见光生电流受温度因素影响较小.随着温度升高,光伏阵列输出电流与输出功率明显下降,其中开路电压Voc和最大输出功率Pm同时减小,该仿真结果与文献[17]中光伏电池温度特性的实验研究结果基本一致.从不同条件下的仿真结果可以看出,光照强度和温度与光伏阵列的输出电气特性密切相关,随着光强和温度的变化,最大功率点(Um,Pm)发生明显改变.由表3和表4仿真数据结果可见,光强值变化量为500 W时,最佳工作电压Um值平均变化幅度约为0.19 V,温度变化量为10℃时,最佳工作电压Um值变化平均幅度约为1.33 V,可见,温度改变对最佳工作点(Um,Im)影响较大.该仿真结果可应用于光伏系统中最佳工作点跟踪技术[18-20],实际光伏系统中可根据外部环境变化来实时调整光伏阵列工作点以满足负载需求.2.2 串联电阻对光伏阵列输出特性的影响按照表1设定的仿真参数,改变光伏电池组件串联电阻Rs大小依次为:0.01、0.025和0.05 时,光伏阵列输出特性参数、V-I特性及V-P特性曲线分别如表4和图6所示,可见,光伏电池串联电阻影响光伏阵列输出伏安特性和输出功率.从仿真结果可以看出,串联电阻增大时光伏阵列输出电流和输出功率降低,且伏安特性曲线由非线性关系变为线性关系,短路电流Is值呈现减小趋势,开路电压Voc基本不变,最佳工作点(Um,Im)位置变化明显,最大输出功率Pm随串联电阻减小而增大.因此,针对光伏电池的生产工艺而言,较低的串联电阻更有利于提升光伏阵列的输出功率和光伏转换效率[21].2.3 光伏阵列动态仿真设定温度为25 C,光伏阵列其它参数的设定参照表1,采用自定义的函数来模拟光照条件的变化,图7(a)给出光伏阵列光照强度随时间的变化情况,光照强度值变化依次为:0.75、0. 5、1、0.25、1.25 kW/m2.仿真得到光伏阵列的输出电压、输出电流和输出功率的变化曲线如图7(b)(d)所示,光照强度值发生变化时光伏阵列的响应时间依次为:8.6×10-3 、8.4×10-3 、9.9×10-3 、6.3×10-3 s.因此,该模型能够快速有效地模拟光照条件变化时光伏阵列输出电压、输出电流和输出功率的动态特性,可应用于实际光伏系统的工程设计.通过搭建光伏电池阵列的Matlab通用仿真电路模型,得到了不同条件下光伏阵列的输出电气参数,研究了光伏阵列的光照特性和温度特性,并对光伏阵列进行了动态模拟仿真.研究结果表明:光伏阵列的输出电流、输出功率与光照强度呈正相关,与温度呈负相关.短路电流和开路电压随光照强度增强而增大,温度的变化对光伏阵列短路电流无明显影响,开路电压随温度升高而减小,温度和串联电阻对光伏阵列最佳工作点影响较为显著.光伏阵列的Matlab仿真模型仿真速度快,输出特性与实际光伏阵列特性基本一致,能够动态模拟仿真外部光照条件变化时光伏阵列输出的电气特性,可为实际光伏系统的理论研究和工程应用提供平台.。
光伏电池的仿真及其模型的应用研究
的设计和优化打好基础。
关 键 词 : 伏 电池 , 学模 型 , 真 , 大功 率跟 踪 光 数 仿 最
U o gr p t e o pu a a t t s fs ars land te sgn ofge er t g y t m d o t e r u to m ua i S t as h ut tch r c e j i o ol el r ce s h de i n a i s se n o t h e sl fsi lt on Ke wors: lr el y d soa c lmat m a i o , he l m del a l sm ua i , PP c , t m ab i lt onM T
,
( 3)
流 过 分 流 电 阻 R 的电 流 J 满 足 :
= 一
光 伏 电池 的理 论 数 学 模 型 是 根 据 电 子 学 理 论 ,并 运 用 物 理
( 4)
Байду номын сангаас
原 理 推 导 出 的数 学 模 型 。而 工 程 数 学 模 型则 是 运 用 厂 商 提 供 的 在 标 准 试 验 条 件 下 测 得 的 光 伏 电池 的若 干个 重要 参 数 所 得 出的
Ab ta t s rc
、
I i p e i " o f t s r m se t amiarwi h t tch acer t es o oa s l whc u e i l t t e oupu ar t i i i h sc f s lr el ih s d n wh t e ph t oti werge erto eh r oov l c po a n a in
太阳能光伏电池全过程仿真模型研究
太阳能光伏电池全过程仿真模型研究太阳能光伏电池是一种基于光电效应转化太阳能为电能的装置。
由于其环保、经济、安全、长寿命等特点,近年来得到了广泛的研究和应用。
而在研究和应用中,仿真模型则是一项重要的工作。
一、太阳能光伏电池的基本原理太阳能光伏电池基于半导体PN结构,由P型半导体和N型半导体相接,在两者交界处形成一个电场。
当太阳光照射在P-N结的界面上时,被吸收的光子能量将释放出电子和空穴,导致电子和空穴在P-N结的界面处发生迁移,并形成电动势。
这个电动势将产生电流,从而将太阳能转化为直流电能。
二、太阳能光伏电池的仿真模型太阳能光伏电池的仿真模型可以分为两个部分:光伏发电模型和电路模型。
1. 光伏发电模型光伏发电模型描述了太阳能光伏电池的输出特性。
该模型涉及到光伏电池的输入参数(太阳辐射和温度)以及材料参数(短路电流、开路电压、填充因子等)。
在光伏发电模型中,太阳辐射可以用标准太阳辐射光谱模型(AM1.5G)来模拟。
同时,由于温度对光伏电池性能的影响,需要考虑温度对太阳能光伏电池的电子迁移率和扩散率的影响。
在材料参数方面,短路电流、开路电压和填充因子是光伏电池的主要性能参数,它们与光伏电池的材料和制造工艺有关。
在建立光伏发电模型时,需要结合实际测试数据及公式进行参数的确定。
2. 电路模型电路模型是太阳能光伏电池输出电能的转换和控制过程的模型。
该模型通常由直流-直流变换器(或DC/AC变换器)和电池电压/电流测量电路组成。
直流-直流变换器将光伏电池的输出转化为适宜的直流电压,并保证输出电流符合负载电流需求。
在电路模型建立中,需要考虑典型负载和变换器的响应特性,并配合控制策略,实现太阳能光伏电池输出电能的最大匹配、最大跟踪与充电/放电控制等功能。
三、太阳能光伏电池的仿真模拟分析太阳能光伏电池的仿真模拟分析是利用计算机进行电路仿真和模拟的过程。
通过模拟太阳能光伏电池在不同条件下的电力输出,可以得到太阳能光伏电池的电性能特性曲线、效率、最大功率点、功率图、电压图等信息。
光伏电池实用仿真模型及光伏发电系统仿真
目录
01 一、光伏电池实用仿 真模型的基本原理和 设计流程
二、不同类型光伏电
02 池组件的性能和优缺 点
03
三、仿真软件的应用 和发展趋势
04 四、总结
05 参考内容
随着人们对可再生能源的重视和光伏技术的不断发展,光伏电池实用仿真模 型及光伏发电系统仿真的研究变得越来越重要。本次演示将探讨光伏电池实用仿 真模型的基本原理和设计流程,并对比分析不同类型光伏电池组件的性能和优缺 点,最后展望未来光伏电池技术的发展前景。
三、仿真软件的应用和发展趋势
仿真软件在光伏电池实用仿真模型中发挥着重要作用,通过仿真软件可以对 光伏电池组件的性能进行模拟和分析,进而为整个光伏发电系统的设计和优化提 供有力支持。目前,市面上有很多成熟的仿真软件可供选择,例如MATLAB、 Simulink、TracePro等。这些软件都具有一定的优点和局限性,需要根据具体需 求进行选择。
仿真模型
在MatlabSimulink中,可以建立光伏电池的仿真模型以进一步研究其性能。 模型包括电路连接、模拟光照条件、设置定时事件等。通过调整模型中的参数, 可以仿真分析光伏电池在不同条件下的输出电压和电流。
实验结果与分析
通过实验验证了仿真模型的正确性和可行性。实验结果表明,光伏电池的输 出性能受到光照强度、温度等参数的影响较大。在相同条件下,短路电流密度 Jsc随着光照强度的增加而增加,开路电压Voc随着温度的升高而降低。这些结果 与仿真结果相一致,进一步验证了仿真模型的可靠性。
参考内容
随着可再生能源的日益重视和广泛应用,太阳能光伏发电技术在电力系统中 的地位也日益重要。其中,太阳能光伏发电并网系统的建模和仿真对于优化系统 性能,确保稳定运行具有关键的作用。
基于PSIM的光伏阵列仿真模型的研究
目录摘要 01 介绍 (2)2 光伏电池的理想电路模型 (3)3 光伏阵列的数学模型 (3)4 光伏阵列仿真模型 (4)5 光伏阵列模型仿真结果 (6)6 结论 (10)参考文献 (11)摘要根据光伏电池相关的理论和数学模型,利用PSIM建立一种简单并且准确的光伏阵列模型。
同时,在此模型的基础上建立具有MPPT功能的直流变换器仿真模型。
比较不同环境下的输出曲线的仿真结果以及实验数据。
仿真结果和实验数据吻合,证明了此模型的适用性和准确性。
关键词: 光伏电池;仿真;PSIM;最大功率点跟踪1 介绍太阳能由于具有取之不尽、用之不竭、分布广泛、容易获取和环保清洁等众多优点,已经变得越来越重要,但它亦有一些固有的缺陷:能量分散性大、密度低,光照强度因季节、昼夜的变化具有间歇性,而且受气候、地理环境的影响很大。
因此,为了从光伏阵列中获得最大的能量输出,要求光伏阵列在任意时刻都工作在其最大功率点(MPP)附近。
如何使光伏阵列的负载与其最大功率点相匹配一直是光伏发电领域的研究热点,而计算机仿真则是研究这一内容的有效手段。
光伏电池是光伏发电系统中的关键部件,其I V 特性是太阳辐射强度、环境温度和光伏模块参数的非线性函数。
要实现光伏发电系统的动态仿真,首先一步是如何对光伏阵列IV 特性能进行仿真模拟。
通常有两种仿真建模方法[1]基于光伏阵列物理机制和外特性的建模方法。
两种方法各有千秋,但是基于物理机制的模型由于不利于电路仿真用户解读,尤其在目前光伏阵列产品更新快的时代背景下其模型参数往往与光伏产品的常规参数对应关系不明确而影响仿真精度。
基于外特性的模型则由于其对电路仿真用户的友好接口而具有较高的试用价值。
在光伏发电系统里,如飞行器和卫星的电源系统,光伏阵列所发的电能的质量和性能很差,很难直接供给负载试用,需要使用电力电子器件构成的变换器将该电能进行适当的控制和变换。
DCDC 变换器是通过控制电压的方法将不控的直流输入变为可控的直流输出的一种变换电路。
光伏电池模型及其仿真实现
光伏电池模型及其仿真实现摘要:能源领域中的新能源产业一度崛起并得到了高速的发展,而光伏是清洁能源的重压组成部分之一。
本文从数学角度分析研究了光伏电池模型的机理,将其分成光电电流模块、饱和电流模块、反向饱和电流模块、分流电流模块、输出电流模块五大模块,在数学模型的基础上,基于matlab的simulink对光伏电池模型进行仿真实现,根据输出电压电流以及功率图像分析,该电池模型具有良好的拟合度,与工程实际的太阳能电池输出一致,模型为研究光伏发电功的相关仿真实验提供了平台支持。
关键字:光伏电池;模型;仿真;拟合度引言光伏系统在可再生能源发电系统中是最成熟的技术之一,具有电力可扩展,安装简单,维护量少和模块化等优点。
美洲、日本和德国较早的光伏产业发展一直走在世界前列,而中国的光伏产业近年来发展迅速,“十四五”发展计划以来,中国光伏产业得到了迅猛的发展[1-2],已占据了世界光伏电池产量的一半,太阳能资源由于其取之不尽,用之不竭的特点已经被世界各国所开发利用。
影响其发展的主要因素是国家的能源发展战略以及总体的发电系统运行投入成本。
从经济性的角度来看,太阳能资源获得容易,发电成本较低,在未来的很长时间里都可以作为新能源并网发电工程中的中坚力量[3]。
随着技术的进步,太阳能光伏未来很有可能成为人类的主流能源利用形式,因此光伏发电作为太阳能的利用方式成为人类必须要研究的课题[4]。
本文对光伏发电原理进行了探究分析,在matlab中搭建了光伏电池的仿真模型,得到了模型的输出曲线。
用matlab编程对光伏发电功率进行了预测,经探究,光伏发电功率与太阳辐射强度、大气温度、大气湿度有关,本文根据在西藏林芝地区采集的数据,设计了一个太阳能光伏发电功率的预测系统,在已知太阳辐射、大气温度、大气湿度的情况下,可以预测光伏系统的发电功率。
1.光伏电池模型光伏电池作为光伏阵列的最小组成单元,是一种利用半导体“光生伏打”效应将光能直接转化为电能的新型能量转换器[5]。
光伏电池工程用数学模型研究
光伏电池工程用数学模型研究随着可再生能源的日益重视和广泛应用,光伏电池作为一种重要的可再生能源转换设备,其研究和发展具有重要意义。
为了准确模拟光伏电池的性能和行为,需要建立有效的数学模型。
MATLAB是一种强大的数学计算和仿真软件,为光伏电池建模提供了便利。
光伏电池的通用数学模型可以根据物理原理和电路拓扑结构建立。
在物理原理方面,光伏电池利用半导体材料的光电效应将光能转化为电能。
这个过程可以表示为:$P_{in} = P_{out} + P_{loss}$,其中$P_{in}$为输入光功率,$P_{out}$为输出电功率,$P_{loss}$为损失功率。
在此基础上,根据能量守恒定律和半导体方程,可以建立光伏电池的数学模型。
在电路拓扑结构方面,光伏电池可以等效为电压源和电阻抗的组合。
其中,电压源表示光伏电池的开路电压$V_{OC}$,电阻抗表示光伏电池的内阻$R_{s}$。
根据电路原理,可以列出光伏电池的通用数学模型:$V_{OC} = V_{mp} + I_{mp}R_{s}$其中,$V_{mp}$为最大功率点电压,$I_{mp}$为最大功率点电流。
对于一个给定的光伏电池,其$V_{OC}$、$R_{s}$、$V_{mp}$和$I_{mp}$均为工作温度和光照强度等外部参数的函数。
利用MATLAB进行光伏电池建模时,可以根据上述数学模型编写程序代码。
根据物理原理和电路拓扑结构建立数学模型函数,然后使用MATLAB的仿真计算功能对函数进行求解和分析。
例如,可以使用MATLAB的优化工具箱对光伏电池的最大功率点进行寻址和控制,提高系统的效率和稳定性。
MATLAB还可以方便地绘制各种图表和图形来可视化结果,帮助人们更好地理解光伏电池的性能和行为。
基于MATLAB的光伏电池通用数学模型可以有效地模拟光伏电池的性能和行为,为光伏电池的研究和发展提供了有力支持。
光伏电池作为一种清洁、可再生的能源转换设备,已日益受到人们的。
光伏电池的仿真及其模型的应用研究
5 曲线所示。
图 4 的 I-U 特 性 曲 线 表 明 ,光 伏 电 池 既 非 恒 压 源 ,也 非 恒 流源,不可能为负载提供任意大的功率。 事实上,它是一种非线 性直流电源, 输出电流在大部分工作电压范围内能够保持相对 恒定,但是当输出电压在高出某个电压之后,输出电流便迅速下 降为零。
由图 5 的 P-U 特性图可知,在大部分工作电压范围内光伏 电池的输出功率与输出电压呈近似线性增加的关系, 当输出功 率达到最大值后,随着工作电压的继续增加,输出功率便会急剧 降低, 因此在某一特定的电池温度和日照强度下光伏电池有唯 一的最大功率输出点,即图 5 中单条曲线的峰值点。 2.2 不同光照条件下的 I-U 和 P-U 特性
4
光伏电池的仿真及其模型的应用研究
光伏电池的仿真及其模型的应用研究
Study on Simulation of Solar Cell and Its Application
陶海亮 夏 扬 张 宁 (扬州大学能源与动力工程学院,江苏,扬州 225127)
摘要 不论是太阳能发电系统还是风光互补发电系统,熟悉光伏电池的输出特性是设计新能源发电系统的基础和前提。 根据 光伏电池输出特性关系式,利用 MATLAB 的 Simulink 模块搭建了参数和工况可调的光伏电池模型,并 运 用 该 模 型 建 立 了 具有最大功率跟踪(MPPT)功能的光伏发电系统的仿真模型,通过仿真结果可以更好地把握光伏电池的特性,为发 电 系 统 的设计和优化打好基础。 关键词:光伏电池,数学模型,仿真,最大功率跟踪
0.3℃m2 / W;
ΔT:实 际 电 池 温 度 与 参 考 电 池 温 度 的 差 值 ,单 位 :K;
S:太阳辐射强度,单位:W / m2;
基于PSIM的光伏阵列仿真模型的研究
目录摘要 01介绍 (2)2光伏电池的理想电路模型 (3)3光伏阵列的数学模型 (3)4光伏阵列仿真模型 (4)5光伏阵列模型仿真结果 (6)6结论 (10)参考文献 (11)摘要根据光伏电池相关的理论和数学模型,利用PSIM建立一种简单并且准确的光伏阵列模型。
同时,在此模型的基础上建立具有MPPT功能的直流变换器仿真模型。
比较不同环境下的输出曲线的仿真结果以及实验数据。
仿真结果和实验数据吻合,证明了此模型的适用性和准确性。
关键词:光伏电池;仿真;PSIM;最大功率点跟踪1介绍太阳能由于具有取之不尽、用之不竭、分布广泛、容易获取和环保清洁等众多优点,已经变得越来越重要,但它亦有一些固有的缺陷:能量分散性大、密度低,光照强度因季节、昼夜的变化具有间歇性,而且受气候、地理环境的影响很大。
因此,为了从光伏阵列中获得最大的能量输出,要求光伏阵列在任意时刻都工作在其最大功率点(MPP)附近。
如何使光伏阵列的负载与其最大功率点相匹配一直是光伏发电领域的研究热点,而计算机仿真则是研究这一内容的有效手段。
光伏电池是光伏发电系统中的关键部件,其I V特性是太阳辐射强度、环境温度和光伏模块参数的非线性函数。
要实现光伏发电系统的动态仿真,首先一步是如何对光伏阵列IV特性能进行仿真模拟。
通常有两种仿真建模方法[1]基于光伏阵列物理机制和外特性的建模方法。
两种方法各有千秋,但是基于物理机制的模型由于不利于电路仿真用户解读,尤其在目前光伏阵列产品更新快的时代背景下其模型参数往往与光伏产品的常规参数对应关系不明确而影响仿真精度。
基于外特性的模型则由于其对电路仿真用户的友好接口而具有较高的试用价值。
在光伏发电系统里,如飞行器和卫星的电源系统,光伏阵列所发的电能的质量和性能很差,很难直接供给负载试用,需要使用电力电子器件构成的变换器将该电能进行适当的控制和变换。
DCDC变换器是通过控制电压的方法将不控的直流输入变为可控的直流输出的一种变换电路。
光伏电池模型的建模研究与优化
光伏电池模型的建模研究与优化第一章绪论随着环保意识的提高和对传统燃料资源的不断消耗,太阳能作为一种清洁、可再生的能源已经成为了人们追求的绿色能源之一,而光伏发电就是通过光伏电池将太阳能转化为电能的过程。
光伏电池作为光伏发电系统的核心部件,其输出电流、输出电压和转换效率常常直接影响光伏系统的性能和效益。
因此,对光伏电池建模和优化就显得尤为重要。
第二章光伏电池模型光伏电池模型是研究光伏电池工作原理和进行性能分析的基础。
通常情况下,光伏电池模型可以分为等效电路模型和物理模型两种类型。
等效电路模型:光伏电池等效电路模型通常由三部分组成:光照模型、电池模型和加载电路模型。
光照模型是用来描述光伏电池工作状态下的光辐射强度和光谱特性的,电池模型主要是研究光伏电池在不同温度和光照条件下的电特性,而加载电路模型则是用来分析光伏电池在不同负载和工作状态下的电学性能。
物理模型:光伏电池物理模型主要是通过数学模型来描述光伏电池的结构和物理过程。
常见的物理模型包括单位元件模型、空间电荷收集模型和双指数模型等。
其中,单位元件模型是基于光伏电池单元的物理特性和电学性能来建立的模型,可以模拟光伏电池的非线性特性;空间电荷收集模型则是基于光伏电池中电荷在内部的传输和收集过程而建立的模型,可以更加准确地描述光伏电池的动态响应。
第三章光伏电池优化方法优化光伏电池的性能可以通过多种方法实现,下面列举了一些常用的优化方法:1. 改善光伏电池的结构设计:通过改变光伏电池的厚度、电极材料和防反射涂层等结构参数来提高光伏电池的效率。
2. 控制光伏电池的输出电压和电流:采用最大功率点追踪算法,通过控制光伏电池的输出电压和电流使其达到最大功率值,从而提高光伏电池的效率。
3. 优化光伏电池的工作温度:通过改变光伏电池的工作温度,可以提高光伏电池的转换效率。
4. 采用多级电池阵列:采用多级电池阵列可以提高光伏发电系统的转换效率和电能输出稳定性。
5. 采用高效逆变器:采用高效逆变器可以有效提高光伏发电系统的转换效率和输出功率质量。
光伏发电系统建模及其仿真(毕业设计论文)
本科生毕业设计说明书(设计论文)题目:光伏发电系统建模及其仿真光伏发电系统建模及其仿真摘要伴随着能源危机和环境问题的不断加剧,清洁能源的发展进程被大大的推进了。
太阳能作为一种新能源以其没有污染,安全又可靠,能量随处可以得到等优点越来越受到人们的青睐。
无论从近期还是远期,无论从能源环境的角度还是从边远地区和特殊应用领域需求的角度考虑,太阳能发电都极具有吸引力。
那么对光伏发电系统的研究则就变得既有价值又有意义。
通过对光伏发电系统的理论研究学习,建立了完整的光伏发电系统体系,本文深入的研究了光伏电池在不同光照强度、不同温度下的电压、功率输出特性。
本文的研究重点是光伏发电系统的控制技术,以及在MATLAB/SIMULINK 仿真环境下的仿真结果。
讨论了多种最大功率点跟踪方法;且分别讨论学习了在光伏并网和独立发电系统情况下的逆变器和MPPT的控制,并建立了仿真模型,提出了相应的控制策略。
且在最后论述了孤岛效应的产生和反孤岛策略,用电压频率检测法完成了孤岛检测与保护。
关键词:光伏电池,逆变器,最大功率点跟踪,孤岛效应,MATLAB仿真AbstractWith the growing energy crisis and environmental problems, clean energy is greatly promote the development process. Solar energy as a new kind of energy for its no pollution, safe and reliable, widely available energy advantages, such as more and more get the favor of people. No matter from the near future or long-dated and, no matter from the Angle of energy and environment, or from remote areas and special applications demand point of view, solar power generation is extremely attractive. So the study of photovoltaic power generation system has become both a rewarding and meaningful.Through the study of theoretical research of photovoltaic power generation system, established a complete system of photovoltaic power generation system, this paper in-depth study the photovoltaic cells under different illumination intensity, temperature, voltage, power output characteristics.In this paper, the research emphasis is the control technology of photovoltaic power generation system, and the simulation results in MATLAB/SIMULINK environment. Discussed a variety of maximum powerpoint tracking methods; And, respectively, to discuss the study under the condition of independent power generation and photovoltaic (pv) grid system of the inverter with MPPT control, and established the simulation model, put forward the corresponding control strategy. And islanding is discussed at the end of the production and the reverse island strategy, using frequency voltage tests completed island detection and protection.Keywords: photovoltaic batteries, inverter, maximum power point tracking, islanding, the MATLAB simulation目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (2)1.1新能源发电的背景和意义 (2)1.2光伏产业的现状和前景 (2)1.2.1太阳能光伏发电的发展现状 (2)1.2.2光伏发电产业的前景 (2)1.3本文设计容 (2)第二章光伏发电系统概述 (2)2.1光伏发电系统的基本工作原理 (2)2.2光伏发电系统的组成 (2)2.3光伏发电系统的分类 (2)2.3.1太阳能独立光伏发电系统 (2)2.3.2 并网光伏发电系统 (2)2.3.3互补型光伏发电系统 (2)第三章光伏发电系统建模及其仿真 (2)3.1光伏电池阵列的建模 (2)3.1.1 光伏电池阵列的数学模型 (2)3.1.2 光强和温度对光伏电池输出结果的影响 (2)3.1.3太光照强度模型 (2)3.2光伏发电系统的主电路模型 (2)3.2.1光伏并网发电系统的主电路模型 (2)3.2.2离网型光伏发电系统的主电路的模型 (2)第四章光伏发电系统的控制技术 (2)4.1光伏发电MPPT技术 (2)4.2电导增量法 (2)4.2.1电导增量法的原理 (2)4.2.2电导增量法改进 (2)4.3 最大功率控制技术仿真 (2)4.4光伏并网发电系统的控制 (2)4.4.1并网逆变器控制 (2)4.4.2 电流环的分析建模 (2)4.4.3锁相环的原理分析 (2)4.5离网光伏发电系统的控制 (2)4.5.1 光伏充电控制分析 (2)4.5.2独立光伏发电系统的逆变器控制技术 (2)第五章光伏并网系统中的孤岛效应 (2)5.1孤岛效应的分析和危害 (2)5.2 孤岛效应的检测 (2)5.2.1孤岛检测标准 (2)5.2.2孤岛检测方法 (2)结论 (2)展望 (2)参考文献 (2)致 (2)第一章绪论1.1新能源发电的背景和意义能源一直是人类社会生存和发展的动力和源泉。
光伏电池数学模型matlab仿真
光伏电池数学模型matlab仿真
光伏电池数学模型是描述光伏电池工作原理的数学表达式,它可以被用来预测光伏电池的输出电流、电压及功率等参数。
下面是一个使用matlab仿真光伏电池数学模型的简单步骤:
1. 建立电池模型。
选择一个适当的光伏电池模型,比如简单模型(Single Diode Model)或等效电路模型(Equivalent Circuit Model),并编写对应的方程。
2. 编写matlab代码。
将模型的方程转化为matlab函数,并编写主程序进行仿真。
3. 定义仿真参数。
定义光照强度、温度等环境参数,以及电池参数,如短路电流、开路电压等。
4. 运行仿真。
利用matlab的ODE求解器或者其他求解器,对光伏电池模型进行仿真,计算得到电池的输出电流、电压及功率等参数。
5. 分析结果。
根据仿真结果,分析光伏电池的性能表现,如效率、填充因子等。
根据结果,进一步优化光伏电池的设计和运行参数。
光伏阵列的仿真模型研究
摘
一
要 :应 用仿真软 件 MA L B Smun T A /i lk工 具 ,在 光 伏 阵列 的 物理 数 学模 型 的 基础 上 ,建 立 了 i 种 光伏 阵列的仿真模 型 。利 用该 模 型 , 可以模 拟 任 意 太 阳辐 射 强度 、环 境 温度 、 光伏模 块 参
数 、光伏 阵列 串并联 方式组 合 下的光伏 阵列 I V特性 ,并结合 B O T升压 电路 ,可得 实际需要 — OS
l V V V — 一 _
很 高 。特别是 当被研究 的光 伏系统 的功率 在数百 瓦
甚至更 大级别 时 , 虑到经 济性 和时效性 , 考 建立起 通
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R ,
用 的光 伏阵列模 型就 显得非 常有必 要 l 。 1 J 光伏 阵列模 型 可 以模 拟 出任 意 太 阳辐 射 强 度 、
的 电压。仿真 结果表 明 ,该 光伏 阵 列模 型 输 出与 实际输 出基本 相 似 ,能 很 好 的 用于 光伏 发 电 系
统 的动 态仿 真 。
关键词 :光伏 阵列 ;M T A A L B仿 真 ;B O T电路 O S
S u y o h t v la c a r y sm u a i n m o e t d n p o o o t i r a i l to d l
信 息技术
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2 1 牟第6 01 期
中图 分 类 号 :P 9 . T 3 19
文 献 标 识 码 : A
文章编号 : 0 1 9—25 (0 1 0 0 2 0 52 2 1 )6— 12—0 5
光 伏 阵 列 的 仿 真 模 型 研 究
王建 华 ,韩 伟
( 江苏 科 技 大 学 , 江 22 0 ) 镇 10 3
光伏组件数学模型的simulink仿真
光伏组件数学模型的simulink仿真
光伏组件数学模型的Simulink仿真是一种基于光伏组件的物理特性和电路方程的仿真方法,旨在模拟和评估光伏组件的性能和工作状态。
Simulink仿真是一种在MATLAB环境下进行的建模和仿真工具,能够快速而准确地分析和模拟复杂的动态系统。
光伏组件的数学模型主要基于以下几个方面设计:
1.光伏组件的光照模型:模拟太阳辐射对光伏组件的照射情况,包括光强度、光谱和角度等因素对光伏组件的影响。
可以使用天文学数据和光学计算来建立合适的光照模型。
2.光伏组件的电子模型:基于光伏效应和光伏元件的结构特征,建立光伏组件的电路方程和元件模型。
这些模型通常包括光伏二极管等基本元件模型以及与光伏组件相关的电容、电感和电阻等元件。
3.光伏组件的温度模型:考虑光伏组件工作时的温度变化对组件性能的影响,建立适当的温度模型。
可以考虑光伏组件的自身发热、散热和环境温度等因素。
在Simulink中,可以使用电路模块、信号源模块、数学运算模块等,结合所建立的光伏组件数学模型,构建光伏组件的仿真模型。
通过输入合适的输入信号,如太阳辐射和温度变化等,可以得到光伏组件的输出电流、电压和功率等性能参数,并进一步分析和优化光伏组件的工作状态。
光伏组件数学模型的Simulink仿真是一种重要的工具,可用于研究光伏组件的性能和设计优化,以提高光伏系统的效率和可靠性。
通过合适的模型和仿真,可以更好地理解光伏组件的工作原理,并指导实际光伏系统的设计和运行。
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Zh uLin , a g Gu n s n JeGu s e g o a g W n a g e , i ih n
1 引言
太 阳 能 作 为 一种 绿 色 能源 , 来 越 受 到 重视 , 越 光 伏 发 电也 正 在 迅速 推 广 。光 伏 电池 是 光 伏 发 电
系 统 中 的核 心 部 分 ,也 是光 伏 发 电系 统 研 究 的重
2 光 伏 电池 的等 效 电路 模 型
光伏 电池等效 电路的模 型如 图 1 所示 。
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要 环 节 。运 用 仿 真 软件 Mal /i l k 的基 本 t bSmui 里 a n
模块 , 以很方便地搭 建一个光伏 电池 的模型 可 J
光 伏 电池 模 型 由四 个部 分 组 成 :一 个 直 流 电 流 源 ,一 个 二 极 管 和 两个 电阻 。 为 了得 到 完 整 且
果和实验分析进 行对 比, 以证实该模型的正确性 。
其 中: ,. 光伏 电池 的输 出电流;/ . 生 电流 ; e光 h
收稿 日期 :2 1-3 1 0 10 .3
一
二 极 管 电 流 ;/. 联 电阻 电流 。 p并
作者 简介 :周亮 ( 9 5 ) 男 ,硕士研 究生 ,专 业方 向 : 18. 电子 电子 与 电力 传动 。
ap i t n, n eci st f c d t na dt p rtr o u u vl g , urn n o e p l ai s a ddsr e ee et o r i i n m eaue no t t o a e cr t d w r c o b h f sf a ao e p t e a p Wt r e n eot Q 4P C / l n lte i u t nr u s r pee t i fr c e 2 0 S ab o r a e h m l i sl e rsn. he e t h D s ap , s a o e ta
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精确 的模型 ,除了这四个部分 的参数外 ,光照和 温 度 也 对 光 伏 电池 的输 出特 性 产 生 影 响 。 光伏 电池的 P 曲线是随着光照 强度 、 . 温度变化而呈现 出复杂性和非线性 的特征 。 以, 所 找 到 一 个 能 够 描 述 光 电效应 , 并且 包 括 所 有 相 关 参数 的方程是非常有意义的L。本文通过对光伏 2 】 电池模块进行完整且深入 的分析 ,得到 了精确 的 光伏 电池模型 。数据手册 中的光照和温度作为输
方程 () 边 的每一 项都有 一个 相应 的方 程 1右 来具体 阐述 , 例如光生 电流是 由外在环境 决定的,
25
船电技术 l 应用研究
它 的值随着 入射光 的光照强度和环境温度 的变化 而变化。 可 以通过方程() 2表示为 :
+ ) ( 一
其 中: . 工作点时的光照强度 ,W/ m;
输 出电压 、电流和功 率 的影 响。 后参 照 D 2 0 S a 最 Q 4PC/ b型号 的 电池 板详 细参 数进行 仿真 , 比 了仿真 结果 。 对
关键 词 :光 伏 电池模 型 中图分类号 :T 1 M6 5 精 确建 模 光伏组 件 光伏 阵列 文献标 示码 :A 文 章编 号 :1 0 .8 2(0 1 10 2 -5 0 34 6 2 1)1-0 50
Ke r s ywo d :ph t v l i el d l e a t d l g" o o o t i d ls ph t v l i ra s oo o t cc lmo e, x c a " mo ei , n ph tv l cmo u e , o o o t ca r y a " a
由光 伏 电池 的漏 电流 引 起 的 ;串联 电阻 R ,主 要 s 是 由 电池 的体 电阻 及 金 属 导 体 的 电阻等 组 成 。
3 光伏 电池 的精 确建 模
对该等效 电路应用 K r h f 电流定律 , ih o c 可得
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船 电技 术 I 应用研究
光伏 电池 、组件 、阵列的精确模型仿真研究
周亮 汪光森
摘
揭贵生
( 海军 工程 大学 电力 电子技 术研 究所 ,武汉 4 0 3 ) 3 0 3
要 :本文 介绍 了一 种实 际应 用 中的光 伏 电池 、光伏 组件 和光 伏 阵列 的精确 模型 ,阐述 了光照 和温 度对
入 变 量 ,/V - 曲线 作 为 输 出数 据 。最 后 ,将 仿 真 结
图 1单 个光 伏 电池 的等 效 电路模 型
该模型包括 四个部分:直流 电流源 /h 是 由 e, 光 电效应 中产生的 电流;二 极管 D,相当于 内部 PN 结运 动 的等 效 二 极 管 ;并 联 电阻 ,主 要 是 —