太陽能光伏模塊電氣特性的數(shù)學(xué)建模與仿真

吳成坤（新疆大全新能源有限公司,新疆石河子832000）

太陽能光伏模塊電氣特性的數(shù)學(xué)建模與仿真

吳成坤
（新疆大全新能源有限公司,新疆石河子832000）

隨著國內(nèi)太陽能光伏行業(yè)的持續(xù)發(fā)展與技術(shù)上的重大突破，致使太陽能光伏產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長，不過現(xiàn)階段國內(nèi)并沒有較為領(lǐng)先的技術(shù)以及強(qiáng)有力的經(jīng)濟(jì)競爭力，國內(nèi)太陽能光伏產(chǎn)業(yè)浮沉于全球激烈的市場競爭中。本文分析了太陽能光伏模塊電氣特性的數(shù)學(xué)建模與仿真，并驗(yàn)證其光伏模塊的數(shù)學(xué)模型正確性，為未來的光伏并網(wǎng)研究提供可靠的仿真分析數(shù)學(xué)模型。

太陽能光伏；模塊電氣；數(shù)學(xué)建模；仿真分析

0　前言

可再生能源運(yùn)用的主要形式就是太陽能光伏發(fā)電，太陽能光伏模塊關(guān)鍵是依賴于電力的對(duì)應(yīng)變換器把太陽能源充分轉(zhuǎn)化成電能，并有效的用在負(fù)載供電中，電氣特性是電力變換器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。太陽能電池的溫度及太陽自然光照以及其相關(guān)負(fù)載阻抗直接關(guān)系著光伏模塊電氣特性，掌握這些相關(guān)特性能夠有助于光伏并網(wǎng)發(fā)電設(shè)計(jì)，促使其太陽能電池以及電網(wǎng)并聯(lián)有效的供電給用戶。

1　太陽能光伏模塊分析方式

（1）通常太陽能常規(guī)性測試條件會(huì)被定義成二十五攝氏度的太陽能電池溫度，太陽能輻射量是在1000瓦m2左右以及其對(duì)應(yīng)空氣質(zhì)量應(yīng)該是在1.5大概，可以說太陽能相關(guān)模塊系數(shù)均是基于常規(guī)測試條件之下再經(jīng)由太陽能模塊板所提供的能量。

（2）現(xiàn)階段所應(yīng)用的對(duì)應(yīng)光伏電池等效率電路實(shí)際運(yùn)用及操作是要依據(jù)對(duì)應(yīng)要求功率級(jí)別以及其電壓級(jí)別，從而把不同光伏電池實(shí)行一定程度的串聯(lián)，再構(gòu)成光伏模塊以及非常整齊的隊(duì)列。光伏電流對(duì)應(yīng)數(shù)值應(yīng)該比其光伏電池所受電面積大，并且其對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度也較大。光伏電流所輸出的負(fù)荷電流是其對(duì)應(yīng)的暗電流，其相關(guān)開路電壓是外負(fù)荷電流，對(duì)應(yīng)的串聯(lián)電阻是其分流電阻。如圖1所示，光伏電池等效電路模型簡示圖。

2　太陽能光伏的模塊特征曲線

2.1I-V曲線

光伏模塊的對(duì)應(yīng)電流及電壓曲線之間的光伏模塊較大輸出功率均是采用長方形來表示的，在其對(duì)應(yīng)的拐點(diǎn)位置相關(guān)電壓以及電流和為其最大功率位置。若是其光伏模塊在運(yùn)作時(shí)，其相關(guān)最優(yōu)化電流以及電壓可以合理的為其對(duì)應(yīng)負(fù)荷提供最大功率，利用填充數(shù)據(jù)對(duì)其最大的功率，和其太陽能光伏模塊對(duì)應(yīng)開路電壓及短路電流展開實(shí)際性描述，把其定義的最大功率標(biāo)記為相關(guān)覆蓋面積及對(duì)應(yīng)面積乘積比值。在光伏模塊設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該重點(diǎn)考慮其填充參數(shù)。如圖2所示，光伏模塊I-V曲線簡示圖。

2.2R-V曲線

光伏模塊的內(nèi)部阻抗計(jì)算表達(dá)是為：

太陽能光伏模塊內(nèi)部往往會(huì)存在著內(nèi)部阻抗以及電流的對(duì)應(yīng)曲線特征，若是在光伏模塊電壓是對(duì)應(yīng)的最優(yōu)電壓時(shí)，這時(shí)光伏模塊內(nèi)部電阻可以說是最大的；若是及對(duì)應(yīng)的負(fù)荷電阻進(jìn)行匹配可以達(dá)到大功率傳輸。在對(duì)應(yīng)光伏電壓超出模塊的內(nèi)部傳輸功率，那么其模塊內(nèi)部的對(duì)應(yīng)阻抗會(huì)降低，若是其對(duì)應(yīng)模塊是處在開路情況下，這時(shí)的模塊阻抗是最小的。因此其對(duì)應(yīng)光伏模塊R-V曲線是最關(guān)鍵的光伏模塊設(shè)計(jì)曲線。

3　仿真分析

（1）再展開光伏模塊仿真分析時(shí)應(yīng)該將其對(duì)應(yīng)光伏模塊光照及電池溫度分別模擬，并使用對(duì)應(yīng)電流表對(duì)相關(guān)模塊電流實(shí)行一定程度輸出，再用電壓表將其電壓進(jìn)行測量，分別使用電壓及電流乘法器來展開模擬功率顯示，光伏模塊仿真應(yīng)該使用輸入口對(duì)應(yīng)電壓展開數(shù)據(jù)掃描，再進(jìn)行光照強(qiáng)度以及溫度不定的模擬，進(jìn)而能夠充分的分析出處在不同強(qiáng)度光照之下的對(duì)應(yīng)光伏模塊相關(guān)電流輸出會(huì)隨著電壓的改變而改變。

（2）電壓的相關(guān)端口設(shè)計(jì)應(yīng)該把對(duì)應(yīng)電壓設(shè)置在25伏，再對(duì)其相關(guān)的電壓展開深層掃描，促使其電壓可以從400伏持續(xù)增長至1000伏，這樣能夠得到光伏模塊同一溫度及光照之下的相關(guān)電流及輸出功率對(duì)應(yīng)特征。

（3）伴隨著對(duì)應(yīng)光照的提升其輸出電流以及功率也在持續(xù)的提升，最大的功率也實(shí)現(xiàn)了最大數(shù)值。輸出的對(duì)應(yīng)電壓從零持續(xù)升到最大，在其輸出的電流不變時(shí)所輸出的功率會(huì)隨著對(duì)應(yīng)電壓的變化而變化，若是其輸出電壓處于最大數(shù)值則其功率會(huì)逐漸的降低。（4）在設(shè)計(jì)其相關(guān)電壓端口時(shí)應(yīng)該把對(duì)應(yīng)電壓設(shè)置為1000伏，并對(duì)其輸入端口相關(guān)電壓實(shí)行設(shè)計(jì)，在接下來就是要掃描其對(duì)應(yīng)參數(shù)，促使其對(duì)應(yīng)電壓在最小值增長到最大數(shù)值，以得到光伏模塊同一溫度及光照下對(duì)應(yīng)電流以及其功率特征。

4　結(jié)語

本文的光伏模塊數(shù)學(xué)模型仿真是基于太陽電池的對(duì)應(yīng)溫度及光照強(qiáng)度為其變量，來呈現(xiàn)的高度非線性函數(shù)，來合理的計(jì)算出光伏模塊對(duì)應(yīng)電氣特征。其相關(guān)的短路、開路電流，還有電流溫度相關(guān)數(shù)據(jù)以及電路電壓溫度數(shù)值，在常規(guī)測試條件之下的對(duì)應(yīng)定額數(shù)據(jù)，還要合理的考慮不同溫度及光照之下的光伏特性干擾，這些對(duì)光伏模塊特性掌握都是十分關(guān)鍵的，特別是規(guī)模不大的電壓區(qū)域上的變頻器設(shè)計(jì)，這時(shí)就極為需要光伏模塊電壓特性，才能實(shí)現(xiàn)較為合理的計(jì)算以及方針技術(shù)，能夠充分的實(shí)現(xiàn)最大化轉(zhuǎn)化成果。

對(duì)于時(shí)常運(yùn)用的光伏電池等效率電路的運(yùn)用以及操作是務(wù)必要依據(jù)其對(duì)應(yīng)要求功率級(jí)別及電壓級(jí)別，充分的把不同光伏電池實(shí)行一定程度的串聯(lián)，進(jìn)而構(gòu)成光伏模塊以及較為整齊的隊(duì)列。在這過程中對(duì)應(yīng)的光所生成的電流數(shù)值會(huì)比光伏電池受電面積大，并且其光照的強(qiáng)度也是較大的。

電壓的端口設(shè)計(jì)應(yīng)該把對(duì)應(yīng)電壓設(shè)置為25伏，在將其電壓實(shí)行深層掃描來促使其電壓在400伏升至1000伏，這樣就可以得到光伏模塊同一溫度及光照條件之下的對(duì)應(yīng)電流以及輸出功率特性。

[1]沈重.對(duì)太陽能光伏電站設(shè)計(jì)影響因素的分析[J].黑龍江科學(xué),2013(10).