数值建模与仿真-光伏电池
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。
太阳能光伏发电系统的建模与仿真
太阳能光伏发电系统的建模与仿真随着全球环境保护意识不断增强，可再生能源的开发和应用变得越来越重要。
光伏发电作为一种利用太阳能直接转化为电能的方式，自然也备受关注。
在建设光伏发电场之前，我们可以使用建模与仿真技术，来帮助我们设计和优化光伏发电系统。
本文将会探讨太阳能光伏发电系统的建模与仿真方法。
一、建模方法建模是建立光伏发电系统物理模型的过程。
通过物理模型，我们可以了解系统内部的运作原理，优化系统的结构和技术参数以提高光伏发电效率。
在建模的过程中，可以采用两种方法：自顶向下和自下向上。
1.1 自顶向下自顶向下的建模法是由顶层向底层逐步分解，形成一整个系统的过程。
这种方法首先从整个光伏发电系统的总体设计出发，接着将系统分成不同的模块，最后分解到每个模块的细节设计。
在自顶向下的建模中，主要包括以下步骤：1) 确定建模目标和范围；2) 建立系统层次结构，确定系统的模块划分；3) 定义每个模块的详细参数，建立物理模型；4) 分析系统的总体性能，进行优化。
1.2 自下向上自下向上的建模法是由底层向顶层逐步合并，形成一整个系统的过程。
这种方法首先从每个部件的设计出发，接着将每个部件合并到模块，最后合并到整个系统。
在自下向上的建模中，主要包括以下步骤：1) 确定每个部件的设计参数；2) 将每个部件的设计合并到对应的模块中；3) 将所有模块合并，建立完整的系统模型；4) 分析系统的总体性能，进行优化。
二、仿真方法仿真是利用计算机模拟物理过程的一种方法。
通过仿真，我们可以模拟光伏发电系统在不同条件下的运行状态，优化光伏组件和逆变器的参数，评估发电量和电网接口的稳定性。
2.1 光伏组件的仿真光伏组件是光伏发电系统的核心部件。
在光伏组件的设计和仿真中，主要考虑以下因素：1) 光照强度和角度对光伏输出电能的影响；2) 温度对光伏输出电能的影响；3) 光伏单元的组合方式和布局对系统性能的影响。
对于光伏组件的仿真，可以采用软件模拟和硬件实验相结合的方式。
光伏电站仿真建模实施方案
光伏电站仿真建模实施方案光伏电站仿真建模是一种重要的工具，可以帮助电站设计者、运营商和决策者更好地理解光伏电站的性能、优化系统配置，提高光伏电站的效益和可靠性。
本文提出了一种光伏电站仿真建模的实施方案，以帮助读者了解如何进行光伏电站仿真建模。
第一步：收集数据在开始光伏电站仿真建模之前，首先需要收集光伏电站运行所需的数据。
这些数据包括电站的设计参数、光照情况、天气情况、电网连接情况等。
其中，光照和天气数据可以通过气象观测站或气象预报网站获取，电网连接情况可以通过电网接入点的参数获得。
第二步：建立光伏电站模型建立光伏电站的仿真模型是光伏电站仿真建模的核心环节。
根据收集到的数据，可以建立包括光伏组件、逆变器、电站参数等在内的光伏电站的运行模型。
在建立模型时，需要考虑光伏组件的光电特性、电站的布局和组串方式等因素，以准确反映光伏电站的运行情况。
第三步：确定仿真参数和目标在进行光伏电站仿真建模之前，需要明确仿真的目标和参数。
目标可以是评估电站的发电性能、优化组串方式和逆变器配置、分析系统可靠性等。
参数可以包括光照、温度、逆变器效率、组件损耗等。
第四步：选择仿真软件选择适合的仿真软件是光伏电站仿真建模的关键一步。
市场上有许多光伏电站仿真软件可供选择，如PVsyst、SAM 等。
根据实际需求和预算，选择一个功能全面、易于操作的软件进行光伏电站仿真建模。
第五步：进行仿真分析根据收集的数据、建立的模型、确定的目标和参数，利用选定的仿真软件进行光伏电站的仿真分析。
根据仿真结果，可以评估电站的发电量、系统效率、组件损耗等指标，优化电站配置和运行策略。
第六步：结果分析和优化完成仿真分析后，需要对结果进行分析和优化。
分析可以基于仿真结果，评估光伏电站的性能是否满足需求，找出问题并提出解决方案。
优化可以针对光伏电站的设计参数、组串方式、逆变器配置等，以提高光伏电站的发电效益和可靠性。
第七步：验证与验证完成光伏电站仿真建模后，需要对仿真结果进行验证与验证。
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。
太阳能光伏发电系统建模与仿真
太阳能光伏发电系统建模与仿真随着人们对环保意识的不断加强，太阳能光伏发电系统的需求量在逐渐增加。
为了更好地了解该系统的工作原理和性能，建模与仿真成为了必要的研究手段。
一、太阳能光伏发电系统的工作原理太阳能光伏发电系统主要由光伏电池、光伏逆变器和电网组成。
光伏电池是将太阳能转化成电能的核心部分，它是由多个电池片组成的，每个电池片都是由两层硅晶体和P-N结构组成的。
当光照射到光伏电池上时，电池片中的P-N结构会通过光生电效应形成电子-空穴对，进而产生电压和电流。
然后这些电能会通过光伏逆变器转换为与电网相适应的直流电或交流电。
二、太阳能光伏发电系统的建模为了了解太阳能光伏发电系统的工作状态，必须对其进行建模。
在建模时，需要将光伏电池、逆变器及电网等部分分别进行建模，且分别建立相应的模型。
光伏电池是太阳能光伏发电系统的核心，因此需要着重研究其模型。
理想情况下，光伏电池可以被建模为一个单一的电流源，其效应等同于一个弱光源或一个电阻。
常见的光伏电池模型有单二极管、单指数电阻和多指数电阻模型等。
而光伏逆变器则可以使用各种电子元器件和电路组件组成，如电感、电容和开关管等。
三、太阳能光伏发电系统的仿真与建模相比，仿真更为复杂。
在仿真中，需要模拟不同的实际工况，如天气条件的变化、电池温度的变化等。
常见的仿真软件有PSpice、MATLAB等。
在仿真时，需要根据实际情况确定相应的输入参数，如光伏辐照度、空气质量等，然后根据所建模型及输入参数进行仿真计算。
在完成仿真后，可以对仿真结果进行分析，评估系统的性能指标以及各种因素对系统性能的影响。
仿真还可以帮助优化系统的设计，确定逆变器的控制策略等。
四、太阳能光伏发电系统的应用前景太阳能光伏发电系统已经广泛应用于很多领域，如居民住宅、商业、工业等。
在居民住宅中，太阳能光伏发电系统可以为家庭供电，实现自给自足；在商业领域中，太阳能光伏发电系统可以降低企业的用电成本，提高企业的经济效益；在工业领域中，太阳能光伏发电系统可以帮助企业减少能源消耗和排放，提高企业的生产效率。
太阳能光伏电池的建模与仿真
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日照强度的大小直接影响太阳能光伏电池输出电 能的多少。日照强度越强，光伏电池的输出功率就越 大； 反之，输出功率就越小。由于光生电流 Iph 受日照 强度影响比较大，而且与日照强度成正比例关系。因 此，我们可以改变 Iph值来等效地模拟不同日照强度下 光伏电池的输出特性曲线及输出功率曲线。
仿真 参 数 设 为 I0 = 0. 0008A，T = 300K，Rsh = 10kΩ，Rs = 0. 01Ω。对 Iph 赋予不同的数值进行仿真， Iph分别选取 0. 2、0. 5 和 1，得到一组输出电流、电压、 功率值，利用 MATLAB 仿真出如图 5、图 6 所示的光伏 电池的输出特性曲线和输出功率曲线。
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。
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]。
新能源光伏发电系统的建模与仿真
新能源光伏发电系统的建模与仿真近年来，随着能源消耗的不断增加和环境污染的严重性日益加剧，新能源的开发和利用变得越来越重要。
而光伏发电作为新型能源的代表之一，具有环保、经济、可持续等多种优势，已成为全球范围内发展最快的新能源之一。
光伏发电系统的建模和仿真是光伏发电研究中的重要一环，下面将结合实际案例探讨光伏发电系统的建模与仿真。
一、光伏发电系统的构成光伏发电系统主要由光伏组件、逆变器、电池及控制器等部分组成。
其中，光伏组件是光伏发电的核心部件，逆变器是将直流电转换成交流电的重要设备，而电池和控制器的作用则是优化光伏发电的效果。
二、建模与仿真的意义光伏发电系统的建模和仿真是指通过一系列计算模型和工具，对光伏发电系统的关键性能指标进行评估和优化，并从理论上验证和改进光伏发电系统的设计与控制方法。
这一过程对于光伏发电系统的研究和发展具有重要的意义。
具体来说：1.优化光伏组件的选择和设计。
通过建立光伏组件的计算模型，评估光伏电池片的效率、温度、光谱响应等因素，分析不同光伏组件的性能，最终选取最佳的设计方案进行光伏组件的选择和制造。
2.优化逆变器的设计和控制。
逆变器是将直流电转换成交流电的关键设备。
通过建立逆变器的计算模型，评估逆变器的效率、损耗等因素，分析不同逆变器的性能，优化逆变器的设计和控制，提高光伏发电的效率和经济性。
3.分析光伏发电系统稳定性。
建立光伏发电系统的全局模型，评估系统的稳定性和可靠性，识别并解决可能出现的问题，确保光伏发电系统能够长期稳定、可靠地运行。
三、光伏发电系统建模与仿真的方法目前，光伏发电系统建模和仿真的方法主要有以下几种：1.电路模型法。
该方法利用电路模型对光伏组件进行电气特性建模，通过计算模型评估光伏组件的性能和效果。
该方法以简单、高精度为特点，常用于对小型光伏发电系统进行建模和仿真。
2. 均衡方程法。
该方法基于物理均衡方程，建立光伏组件的热学特性模型，用于评估光伏组件的温度和效率等性能指标。
光伏发电系统建模与仿真
光伏发电系统建模与仿真简介光伏发电系统是一种利用太阳光能直接转化为电能的设备，逐渐成为一种重要的可再生能源发电方式。
建立光伏发电系统的数学模型，并进行仿真，可以帮助我们更好地了解光伏发电系统的运行原理以及优化系统性能的方法。
在本文中，我们将讨论光伏发电系统的建模方法，并介绍如何使用仿真工具进行系统仿真。
本文将包含以下几个部分：1.光伏发电系统的基本原理2.光伏发电系统的数学建模方法3.仿真工具介绍与使用方法4.光伏发电系统的仿真案例分析5.结论与展望光伏发电系统的基本原理光伏发电系统主要由光伏电池阵列、逆变器和电网连接组成。
光伏电池阵列是光伏发电系统的核心部件，通过将太阳能转化为直流电能。
逆变器则将直流电转化为交流电，并将其与电网连接起来，以实现电能的输出和调节。
光伏电池的工作原理是通过光生电效应将太阳光能转化为电能。
在光照条件下，光线照射到光伏电池上，光能被光伏电池吸收，进而激发光伏电池中的电子。
这些电子在光伏电池中形成电流，经过光伏电池上的导线和电子器件，通过负载最终输出电能。
光伏发电系统的数学建模方法为了更好地理解光伏发电系统的工作原理和性能，我们需要建立数学模型对其进行描述。
光伏发电系统的数学建模主要包括以下几个方面：1.光伏发电效率模型：光伏发电效率是指光伏电池将太阳能转化为电能的能力。
建立光伏发电效率模型可以帮助我们了解光伏电池在不同光照条件下的工作效果。
2.光伏电池阵列模型：光伏电池阵列是由多个光伏电池组成的。
建立光伏电池阵列模型可以帮助我们了解光伏电池之间的相互影响以及整个光伏发电系统的总体性能。
3.逆变器模型：逆变器是将光伏电池阵列输出的直流电转化为交流电的设备。
建立逆变器模型可以帮助我们了解逆变器的工作原理以及对电网连接的影响。
4.功率调节策略模型：光伏发电系统在不同的工作条件下需要采用不同的功率调节策略。
建立功率调节策略模型可以帮助我们优化光伏发电系统的性能。
通过建立以上数学模型，我们可以对光伏发电系统进行仿真研究，从而更好地理解和优化系统的性能。
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。
光伏发电系统的建模与仿真分析
光伏发电系统的建模与仿真分析随着环保意识的不断提高和可再生能源技术的不断发展，光伏发电系统正在逐步被人们所接受和利用。
在实际应用中，为确保光伏发电系统的稳定性和可靠性，建模和仿真分析是必不可少的步骤。
本文将就光伏发电系统的建模和仿真分析进行探讨。
一、光伏发电系统建模光伏发电系统主要由太阳能电池板、逆变器、支架、组串箱、电缆等组成。
建立光伏发电系统的数学模型需要考虑这些组成部分的物理特性。
以下为各组成部分的建模方法：1. 太阳能电池板的建模方法：太阳能电池板是光伏发电系统的核心部分，它将光线转化成直流电能。
太阳能电池板的数学模型应当考虑其内部电学特性和恒定阻抗和动态响应之间的关系。
常用的太阳能电池板数学模型包括等效电路模型和数学模型。
2. 逆变器的建模方法：逆变器是将太阳能电池板输出的直流电能转化为交流电能的设备，其数学模型应考虑堵转电流、失步电流、输出电压、输出电流等参数。
3. 支架和组串箱的建模方法：支架和组串箱是安装太阳能电池板的设备，其数学模型主要考虑支撑结构的稳定性、组串箱内部的接线和绝缘等特性。
4. 电缆的建模方法：电缆在光伏发电系统中作为输电和连接电网的部分，其数学模型主要考虑其电学特性和热特性。
以上为光伏发电系统各组成部分的建模方法，建立完整的光伏发电系统模型需要将各部分的数学模型进行整合。
二、光伏发电系统仿真分析在建立光伏发电系统的数学模型之后，通过仿真分析可以得到该系统的静态特性和动态响应。
1. 静态特性仿真分析静态特性主要包括电压、电流、电功率等参数，静态特性仿真分析可以求出光伏发电系统在不同光强、温度等条件下的输出特性，对光伏发电系统的电能输出效率进行评估。
2. 动态响应仿真分析动态响应包括瞬态响应和稳态响应两部分内容。
瞬态响应主要考虑系统在启动、光线强度变化、阴影、故障等异常情况下的响应情况。
稳态响应主要考虑系统在长时间工作状态下的稳定性和可靠性。
通过动态响应仿真分析，可以对光伏发电系统进行性能评估、设计优化，为系统的实际应用提供依据。
光伏发电系统的建模与仿真
光伏发电系统的建模与仿真随着节能减排的要求越来越高，光伏发电系统的应用越来越广泛。
然而，在建造光伏发电站前，需要进行大量的建模与仿真工作，以保证系统的稳定性和可靠性。
本文将介绍光伏发电系统的建模与仿真过程。
一、建模建模是光伏发电系统仿真的第一步。
建模的目的就是将光伏发电系统从实际中抽象出来，使之成为一套数学模型，以便在计算机中进行仿真。
光伏发电系统包括发电机组、直流充电器、储能器、逆变器、变压器等基本部件。
对于这些部件，需要进行建模和参数设定。
建模的方法主要有等效模型、电路模型和物理模型等。
1. 等效模型等效模型的思路是将光伏发电系统转换成等效电路，从而进行仿真计算。
例如，将光伏电池板简化成一个电流源加一个二阶低通滤波器。
2. 电路模型电路模型则是基于光伏发电系统的电路特性进行建模。
例如，可以将光伏电池板建模成参数为光强、温度等的电路模型。
3. 物理模型物理模型基于光伏发电系统的物理特性进行建模，涉及光学、热学等多个方面。
例如，可以将光伏电池板建模成空间点的热辐射传递方程。
根据仿真需要，建模时需要进行精度把握和建模方法选择。
在建模完成后，需要进行模型验证，以确保建模工作的准确性。
二、仿真在建模完成后，就可以进行仿真计算了。
仿真是指在计算机中模拟光伏发电系统的工作状态，获得系统的电气参数、性能指标等。
仿真需要使用仿真软件，常见的有PSIM、Matlab/Simulink等。
根据建模的具体方法，仿真算法也存在差异。
1. 辅助设计仿真计算可以对光伏发电系统的组成部分进行电气参数分析，例如组件的最大输出功率、充电器的电流等。
这有助于系统生成流程中的产品选型和设备配套工作。
2. 故障分析仿真计算可对光伏发电系统的故障进行分析。
例如，可能会对电路短路、系统离线等进行典型故障模拟，并从故障指标的角度来改进优化系统。
3. 性能分析仿真计算可以对光伏发电系统的电能转换效率进行性能分析。
例如，可以对系统每个环节的能量损失进行计算，以掌握发电系统的总体能源利用与性能表现。
光伏发电系统建模与仿真分析
光伏发电系统建模与仿真分析随着社会的不断发展和科技的不断进步，环保节能成为了现代社会追求的目标之一。
其中，光伏发电作为一种清洁、可再生能源逐渐受到了人们的关注和重视。
本文将介绍光伏发电系统建模与仿真分析，旨在帮助读者深入了解光伏发电的原理和运作机制。
一、光伏发电系统的基本原理光伏发电系统利用光伏电池将太阳能转化为电能，主要由太阳能电池板、逆变器、电池组和监控系统等组成。
太阳能电池板是整个光伏发电系统的核心部件，它将光能转化为直流电能，然后通过逆变器将直流电转换为交流电，最后由电池组存储电能并供电使用。
二、光伏发电系统的建模过程1、光伏电池的模型建立在建立光伏发电系统的模型时，首先要对光伏电池进行建模。
光伏电池将太阳能转化为电能的物理过程可以表示为：P=I×V其中，P表示光伏电池的输出功率，I表示电流，V表示电压。
在建模时，可以采用I-V特性曲线对光伏电池进行描述，因为它能够同时反映出光照强度、温度、电流和电压等参数之间的关系。
2、光伏发电系统的模型建立在光伏电池模型建立完成后，可以继续建立光伏发电系统的模型。
主要建立的内容包括太阳能电池板、逆变器、电池组和监控系统等。
在建立模型时，需要考虑各元件之间的相互作用和影响，确保模型的真实性和可靠性。
三、光伏发电系统的仿真分析1、光伏电池的仿真分析对于光伏电池的仿真分析，一般采用Simulink软件进行搭建和模拟。
在建立模型时，需要输入太阳辐射强度、光谱分布、环境温度和太阳能电池板的参数等信息。
通过对光伏电池的电流、电压和功率等参数进行仿真分析，可以评估光伏电池的性能和能量输出效率，为后续的优化提供参考依据。
2、光伏发电系统的仿真分析对于光伏发电系统的仿真分析，一般采用Matlab软件进行搭建和模拟。
在建立模型时，需要考虑光伏电池板的参数、环境温度、光照强度、逆变器的效率等因素。
通过对光伏发电系统的电流、电压和功率等参数进行仿真分析，可以评估整个系统的性能和能量输出效率，为后续的优化提供参考依据。
光伏电池多物理场耦合仿真与建模
光伏电池多物理场耦合仿真与建模随着能源需求的增长和环境问题的日益严重，可再生能源逐渐成为人们关注的焦点之一。
光伏电池作为一种能够转化太阳能为电能的设备，其在可再生能源领域有着重要的地位。
为了提高光伏电池的效率和稳定性，需要进行多物理场的耦合仿真与建模。
光伏电池的多物理场耦合是指光照、热传导、电场和电流等多个物理场之间的相互作用。
光照是光伏电池的能量来源，影响着光伏电池的发电能力；热传导是指光伏电池内部温度分布的传导过程；电场是指光伏电池中产生的电场分布，影响着电荷的流动；电流是光伏电池内电子和空穴在外部电路中流动的过程。
这些物理场之间的耦合关系对于光伏电池的性能有着重要影响，需进行合理的仿真与建模来研究。
首先，光照是影响光伏电池发电效率的一个重要因素。
通过数值仿真可以模拟不同光照条件下光伏电池的发电量。
光照强度、入射角度和光谱分布等参数可以影响光伏电池的发电能力。
通过建立光照场模型，可以分析不同光照条件下光伏电池的发电效率，并优化光伏电池的设计，提高其对光照的适应性。
其次，热传导是光伏电池内部温度分布的一个重要因素。
光伏电池在工作过程中会产生一定的热量，如果不能及时散热，会导致温度升高，影响其工作效率和寿命。
通过建立热传导模型，可以模拟光伏电池内部的温度分布，研究光伏电池的散热性能，优化散热设计，提高光伏电池的工作效率和稳定性。
另外，电场分布对光伏电池的性能也有重要影响。
光伏电池中的电场分布与光伏材料的特性、电池结构和制造工艺等密切相关。
通过建立电场模型，可以研究光伏电池中电场分布的规律，优化电池的结构和制造工艺，提高光伏电池的电能转换效率。
最后，电流是光伏电池内电子和空穴在外部电路中流动的过程，也是光伏电池的输出功率。
电流的大小受到多种因素的影响，如光照强度、温度、电场分布等。
通过建立电流模型，可以研究电流与这些因素的关系，优化光伏电池的设计和工作条件，提高其输出功率。
综上所述，光伏电池多物理场耦合仿真与建模是研究光伏电池性能的重要手段。
光伏发电系统的建模与性能仿真
光伏发电系统的建模与性能仿真光伏发电系统是一种利用太阳能将光能转化为电能的系统，随着环境保护和可再生能源的重要性不断提升，光伏发电系统得到了广泛的关注和应用。
为了提高光伏发电系统的性能和效率，建立合适的建模和进行性能仿真是非常必要和重要的。
光伏发电系统的建模是指通过数学和物理模型描述光伏组件、逆变器、电池等关键部件之间的相互作用和能量转换过程，以便更好地理解和优化系统的性能。
建模的过程可以分为以下几个步骤。
首先，需要根据光伏发电系统的实际情况进行数据采集。
收集光伏组件的电流-电压特性曲线、逆变器的效率曲线以及整个系统的运行参数等。
这些数据是建立模型和进行仿真的基础。
其次，根据采集到的数据，可以建立光伏组件、逆变器和电池的数学模型。
光伏组件模型可以采用等效电路模型，根据组件的特性曲线确定其关键参数。
逆变器和电池的模型可以根据其电气特性和运行规律进行建立。
然后，将建立的各部件模型进行组合，形成整个光伏发电系统的总体模型。
在建立总体模型时，需要考虑各个部件之间的连接和能量传输关系，并确定相应的控制策略。
最后，通过仿真软件对建立的光伏发电系统模型进行性能仿真。
在仿真过程中，可以根据实际的工况条件，模拟系统在不同的光照、温度和负载条件下的运行情况，以评估光伏发电系统的性能和效率。
同时，还可以对系统进行优化，调整各个参数和控制策略，以提高系统的性能。
性能仿真是光伏发电系统建模过程中非常重要的一部分，通过仿真可以评估系统的性能并进行优化。
在性能仿真中，需要关注以下几个方面。
首先是光伏组件的性能。
光伏组件的性能主要表现在功率输出、效率和稳定性等方面。
通过仿真可以评估组件在不同光照条件下的功率输出和效率，并分析组件的稳定性和可靠性。
其次是逆变器的性能。
逆变器是将直流电能转换为交流电能的关键设备，其性能对系统的整体效率和稳定性有着重要影响。
通过仿真可以评估逆变器的效率、谐波抑制能力以及对负载变化的响应速度等。
另外，电池的性能也是光伏发电系统中需要关注的一部分。
光伏并网发电系统的建模与数字仿真
光伏并网发电系统的建模与数字仿真一、电力系统数字仿真概述系统数字仿真是一门新兴学科，是计算机科学、计算数学、控制理论和专业应用技术等学科的综合。
生产和科学技术的发展使完成某种特定功能的各事物相互之间产生了一定的联系，形成各种各样的系统。
为研究、分析和设计系统，需要对系统进行试验。
由于电力系统数字仿真具有不受原型系统规模和结构复杂性的限制，能保证被研究、试验系统的安全性和具有良好的经济性、方便性等许多优点，正被愈来愈多的科技人员所关注，并已在研究、试验、工程、培训等多方面获得广泛的应用。
电力系统数字仿真技术(器)的研究、开发，包括数学模型、仿真软件、模型结构、仿真算法分析方法等，不断有新的成果涌现。
各种培训仿真器和研究用实时仿真器的研制和应用也大大推动了电力系统数字仿真技术的发展。
随着电力系统的发展和一些最新的计算机技术、人工智能技术、新的数值计算方法和实时仿真技术在电力系统数字仿真中的应用，数字仿真对电力工业的发展将会做出更大的贡献。
1.1系统仿真的含义仿真（simulation）这个词被引入科技领域，受到广大科技人员的认可，但是其含义在许多科技文献中说法并不一致。
其中认为仿真的广义定义为“仿真是用模型研究系统”。
精确的定义为“仿真是用数值模型研究系统在规定时间内的工作特征”。
有的论著把在数字计算机上的“活的”模型做试验称为系统数字仿真。
1.2系统数字仿真的用途由于系统数字仿真作为一种研究、试验和培训手段具有极好的经济性和实用性，几乎可以应用于任何一种工程与非工程领域。
就工程领域应用而言，它的应用范围主要在以下几个方面：a.系统规划、设计与试验;b.系统动态特征的分析与研究;c.系统在运行中的辅助决策、管理与控制;d.系统运行人员的教学培训，例如载体的操纵、系统的控制与操作、系统过程的博奕决策等。
1.3系统数字仿真的特点a.不受原型系统规模和结构复杂性的限制;b.保证被研究和试验系统的安全性;c.系统数字仿真试验具有很好的经济性、有效性和方便性;d.可用于对设计中未来系统性能的预.1.4建立数学模型和仿真模型的任务建立数学模型的任务是根据系统仿真目的和原型与模型的数学相似原则构造模型的数学描述。
太阳能光伏发电系统的建模与仿真分析
太阳能光伏发电系统的建模与仿真分析随着环保意识的不断提高和对能源需求的增加，太阳能光伏发电系统逐渐成为了一种备受关注的能源解决方案。
而要设计一套优质的太阳能光伏发电系统，则需要对其建模与仿真进行全面详尽的分析。
本文将从建模、仿真、分析这三个方面详细探讨太阳能光伏发电系统的建模与仿真分析过程。
一、建模建模的目的是将系统实体抽象成数学模型，以用来描述其功能和行为。
在太阳能光伏发电系统中，需要建立的模型主要包括太阳光的入射模型、光伏电池的电特性模型、电池组及整个系统的工作模型。
1.太阳光的入射模型太阳光的入射模型是指将太阳辐射转化为模型输入的模型。
它包括太阳辐射的空间分布、年、月、日、时变化特征和光谱分布等。
太阳辐射的空间分布是依据太阳在地球上的位置关系来确定的。
2.光伏电池的电特性模型在光伏电池实际工作时，光照度和温度等环境因素会显著影响其工作状态，同时其自身电特性也会随着温度和光照度的变化而变化。
为了描述这种变化，需要建立电池的电特性模型。
3.电池组及整个系统的工作模型电池组及整个系统的工作模型是对太阳能光伏发电系统的整体特性进行模拟。
太阳能光伏发电系统是一个复杂的系统，包括光伏电池组、DC-DC变换器、逆变器以及电池等组成部分。
每个组成部分都有不同的电特性，在建模过程中需要考虑到它们之间的相互作用影响。
二、仿真仿真是利用数学模型通过计算机程序进行的模拟, 是通过计算机程序手段对实际系统进行模拟，以便预测系统的性能和行为。
太阳能光伏发电系统的仿真需要通过软件对系统进行模拟和分析，来得出系统的性能和行为。
常见的仿真软件有PSCAD、MATLAB等。
1.PSCAD仿真PSCAD是电力电气系统中常用的仿真软件，可以便捷地进行电气设备模块化设计、电力系统分析、数字控制等工作。
在太阳能光伏发电系统仿真时，可以利用PSCAD搭建光伏电池组、DC-DC变换器、逆变器等部分的模型，并通过仿真分析系统的总体性能。
2.MATLAB仿真MATLAB具有非常强大的数学分析和模拟仿真功能，可以通过搭建光伏电池组模型来分析光伏电池的电特性。
光伏发电系统的建模与仿真研究
光伏发电系统的建模与仿真研究光伏发电是利用太阳能将光能转化为电能的一种可持续发电方式，具有环保、分布式等优势，日益受到人们的关注和重视。
光伏发电系统的建模与仿真研究，对于提高光伏发电系统的设计、运行和管理水平，具有重要的意义。
本文将探讨光伏发电系统的建模与仿真研究的内容需求，并提供相应的文章。
一、光伏发电系统的建模光伏发电系统的建模是指根据光伏发电系统的物理特性、工作原理和运行规律，通过数学模型对其进行描述和表达。
光伏发电系统的建模可以帮助人们更好地理解光伏发电系统的运行机理，为系统的设计、优化和控制提供理论基础。
下面将从以下几个方面介绍光伏发电系统的建模内容。
1. 太阳能辐射模型太阳能辐射是光伏发电的基本能源，对太阳能辐射进行建模可以帮助人们更准确地评估光伏发电系统的发电能力。
太阳能辐射模型可以考虑地理位置、季节变化、天气条件等因素，来对太阳能辐射进行预测和描述。
2. 光伏组件模型光伏组件是光伏发电系统的核心部件，对光伏组件进行建模可以帮助人们更好地理解光伏组件的特性和性能。
光伏组件模型可以考虑光伏元件的电流电压特性曲线、温度特性、光谱响应等因素，来对光伏组件的工作状态进行描述。
3. 光伏阵列模型光伏阵列是由多个光伏组件组成的系统，对光伏阵列进行建模可以帮助人们更准确地评估光伏阵列的发电能力。
光伏阵列模型可以考虑光伏组件的布局、互遮蔽效应、阴影效应等因素，来对光伏阵列的整体性能进行描述。
4. 光伏逆变器模型光伏逆变器是光伏发电系统中将直流电转换为交流电的关键设备，对光伏逆变器进行建模可以帮助人们更好地理解光伏逆变器的工作原理和性能。
光伏逆变器模型可以考虑逆变器的效率、功率因数、谐波产生等因素，来对光伏逆变器的工作过程进行描述。
二、光伏发电系统的仿真研究光伏发电系统的仿真是利用计算机模拟光伏发电系统的工作过程，通过改变系统的参数和条件，评估系统的性能和效果。
光伏发电系统的仿真研究可以帮助人们优化光伏发电系统的设计和运行策略，提高发电效率和经济性。
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开发新能源和可再生清洁能源是21世纪世界经济发展中最具有决定性影响的五项技术领域之一。
充分开发利用太阳能是世界各国政府可持续发展的能源战略决策，其中太阳能发电则最受瞩目。
由于目前光伏电池板转换效率比较低，为了降低系统造价和有效地利用太阳能，该论文对光伏发电进行最大功率跟踪显得尤为必要。
本文针对如何提高太阳能光伏发电系统的转换效率，分别从工程数学模型、matlab建模仿真方面对外界环境影响因素就行分析，同时对具有最大功率点跟踪（MPPT）的控制器的原理进行了研究，并分析比较各测量方法的优缺点。
Keywords: 太阳能发电；转换效率；MPPT；matlab建模仿真AbstractThe development of new energy and renewable clean energy is oneof the five technologies have the most decisive influence in the development of the world economy in twenty-first Century. The full development and utilization of solar energy is the energy strategyof the governments of the world sustainable development, where thesolar power generation is the most popular. Due to the current solar photovoltaic conversion efficiency is low, in order to reduce thecost of system and the effective use of solar energy, the pho-tovoltaic maximum power point tracking is particularly necessary.This article base on how to improve the conversion efficiencyof solar photovoltaic power generation system, from the aspects of MATLAB modeling and simulation calculation of measurement results世界的节约能源概念普遍下，光伏电池绿色科技已是目前的产业新星。
而这波绿色科技潮流，又首推太阳能最为行情看涨，有可能成为全球红透半边天的明日之星。
面对国际油价不断飙高，第三次石油危机即将到来的危机，一股全世界重新洗牌的能源卡位战，已经响起咚咚战鼓，蓄势待发了。
当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。
总之，随着世界能源短缺和环境污染问题的日益严重，能源和环境成为二十一世纪人类所面临的重大基本问题，清洁的可再生能源的发展和应用越来越受到世界各国的广泛关注。
近二、三十年来，太阳能光伏（Photovoltaic，PV）发电技术得到了持续的发展，光伏发电已经成为利用太阳能的主要方式之一。
开展太阳能光伏发电系统的研究，对于缓解能源和环境问题，开拓广阔的光伏发电市场和掌握相关领域的先进技术，具有重大的理论和现实意义。
摘要 (1)Abstract (1)Key Words (1)前言 (2)第1章概述 (3)1.1 光伏产业的发展现状 (3)1.1.1 国外光伏产业发展现状 (3)1.1.3 国内光伏产业发展现状 (1)1.2 本课题主要研究内容和意义 (4)第2章光伏电池原理及其模型的建立 (5)2.1 光伏电池的工作原理 (5)2.2 光伏电池等效电路 (5)2.3 光伏电池的特性 (7)2.4 光伏电池模型的建立 (8)2.3.1 工程用光伏电池的数学模型 (8)2.3.2 光伏电池的matlab模型 (9)第3章 MPPT控制器 (14)3.1 开路电压法算法的具体模型 (14)3.1.1 开路电压法算法的具体模型 (15)3.1.2 扰动观察法算法的具体模型 (16)3.1.3 恒压控制法算法的具体模型 (17)3.2 波形比较 (18)3.3 各种方法的优缺点 (20)结论参考文献第1章概述1.1 光伏产业的发展现状1.1.1 国外光伏产业发展现状1973年的石油危机和20世纪90年代的环境污染问题大大促进了太阳能光伏发电的发展。
随着人们对能源和环境问题认识的不断提高，光伏发电越来越受到各国政府的重视，科研投入不断加大，鼓励和支持光伏产业发展的政策也不断出台。
以1997年美国总统克林顿的“百万太阳能光伏屋顶计划”为标志，日本还有欧洲的德国、丹麦、意大利、英国、西班牙等国也纷纷开始制定本国的可再生能源法案，刺激了光伏产业的高速发展。
专家预测到2030年，光伏发电将占世界发电总量的50％，所以，大力发展太阳电池产业是一件有利于降低环境污染并造福人类的伟大事业，太阳电池也必将成为人类未来能源的希望之星。
1.1.2 国内光伏产业发展现状我国于1958年开始太阳能电池的研究，1959年研制成功第一个又实用价值的太阳电池，1971年首次成功应用于东方红二号卫星上，于1973年开始用于地面。
在1973～1987年短短的几年内，先后从美国，加拿大等国引进了7条太阳电池生产线，使我国太阳电池生产能力从1984年以前的200kW跃到1988年的4.5MW。
自2002年起我国太阳电池制造业高速发展，年均增长率达180%。
据不完全统计，全国光伏产品生产企业逾500家。
2006年我国光伏电池的产量369.5MW，同比增长145.0%，产量超过美国居全球第三位，占全球产量的14.8%。
全国光伏企业500多家中，已在海外上市企业有10家，但产能在5MW以上的企业仅20多家，多数企业规模小、技术水平低，尚未达到经济规模，造成资源严重浪费和无序竞争。
太阳能电池制造业的迅猛发展，使国内硅材料严重短缺，多晶硅供不应求，所需多晶硅90%以上需要进口。
1.2 本课题主要研究内容和意义1.2.1研究内容(1)建立了太阳能光伏电池的工程数学模型，并以此为基础设计一种采用多段直线和二次曲线模拟光伏电池I-V曲线的算法，该算法简化函数方程，使其满足DSP计算的要求，同时也保证了较高的模拟精度，减小了系统误差。
(2)建立光伏电池matlab数值模型，理解光伏阵列的输出特性，了解影响光伏电池输出特性的各个环境因素。
1.2.2研究意义通过模拟光伏电池输出的I-V曲线，从而能够代替实际的太阳能光伏电池阵列在室内进行各种光伏实验，并满足易于修改设定的要求的光伏电池模拟器。
使光伏实验不再受到场地、自然气候条件等的影响，降低实验成本，节省实验时间。
建立光伏电池仿真模型，有利于理解光伏阵列的输出特性，了解影响光伏电池输出特性的各个环境因素，并将这些影响因素置入实际使用中，提高光伏电池转换率。
第2章光伏电池原理及其模型的建立2.1 光伏电池的工作原理太阳能光伏电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管。
太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。
若在内建电场的两侧引出电极并接上负载，则负载就有“光生电流”流过，从而获得功率输出。
这样，太阳的光能就变成了可以使用的电能。
由于半导体不是电的良导体，电子在通过p-n结后如果在半导体中流动，电阻非常大，损耗也就非常大。
但如果在上层全部涂上金属，阳光就不能通过，电流就不能产生，因此一般用金属网格覆盖p-n结，以增加入射光的面积。
光生伏打效应原理简图如图2-1图2-1 光生伏打效应原理简图2.2 光伏电池等效电路根据电子学理论,太阳电池的等效电路如图2.2所示。
图2-2 太阳能电池等效电路用公式表示太阳能电池发电状态的电流方程式为：（2-1）(2-2) 式中：：光生电流,A；：流过二极管电流，A；：输出电压,V；：输出电流,A；：等效并联负载,Ω；：等效串联负载，Ω；：反向饱和电流，A；：电子电荷()；：二极管因子；：玻耳兹曼常数；：绝对温度，K ； 其中的值很大，而的值很小，因此在一般分析中为了简化分析过程可将其忽略。
上式（2-2）是基于物理原理的太阳能电池最基本的解析表达式,已被广泛应用于太阳电池的理论分析中,但由于表达式中的5个参数,包括I L 、I 0、Rs 、R sh 和A,它们不仅与电池温度和日射强度有关,而且确定十分困难,因此不便于工程应用,也不是太阳电池供应商向用户提供的技术参数2.3光伏电池的特性光伏电池的输出特性太阳能电池具有独特的I-V 特性，该特性由太阳能电池材料的物理特性所决定。
太阳能电池组件的I-V 特性强烈地随日射强度S 和较强烈地随电池温度T 而变化，即I = f ( V , S , T) 。
S=1000W/m太阳能电池温度25°c 8006004002001002003004005000.51.01.52.0U/V (A)常温不同日照下I/A 2.0S=1000W/m 50°c25°c0°c 100200300400500600(B)相同日照不同温度下图2-3光伏电池的I-V 特性曲线光伏电池由于其受外界影响因素(温度、光照等) 很多,且其输出具有非线性特性,如图2-1的伏安(电压-电流) 特性。
从特性曲线看,太阳能电池在不同的光照强度下和12不同的环境温度下的伏安特性曲线大致的形状是一样的，也就是说太阳能电池的伏安特性曲线可以划分三个区域，恒流源区、最大功率区以及恒压源区。
2.4 光伏电池仿真模型的建立2.4.1 工程用光伏电池的数学模型根据标准参考条件（标准参考日照强度ref S = 1000W/m2 ,标准参考电池温度s =25 ℃）下光伏电池的数学模型，太阳能电池的I-V方程为：ref(2-3) 在最大功率点处V=Vm,I=Im，可得：(2-4) 由于在常温条件下exp[Vm/(C2V oc)] >>1,可忽略式中的“-1”项,解出C1:(2-5) 在开路状态下，当I=0时，V=Voc，并把（2-5）带入（2-3）得：(2-6) 由于exp(1/C2)>>1,忽略式中的“-1”项,解出C2：(2-7) 本模型只需要输入太阳电池通常的技术参数Isc、Voc、Im、Vm,就可以根据式(2-4)、(2-6)得出C1和C2。