基于Simulink光伏電池建模及其輸出特性仿真研究

趙樂　張彥曉

摘 要： 研究光伏電池物理模型，利用Matlab/Simulink平臺(tái)，搭建其動(dòng)態(tài)仿真模型。該模型可以模擬變化的光伏參數(shù)、光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度，能夠模擬外界環(huán)境下的I?U、P?U特性曲線，快速輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)下光伏發(fā)電功率。仿真結(jié)果得到了光伏電池的輸出特性呈非線性，且可用于對(duì)光伏系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真研究，證明該仿真模型的合理性與實(shí)用性，同時(shí)為優(yōu)化光伏發(fā)電能效、搭建光伏系統(tǒng)組提供良好的理論依據(jù)和仿真基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 光伏電池； Matlab仿真； 輸出特性； 建模

中圖分類號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）10?0156?02

Abstract： Physical model of PV cell array was researched. Matlab/Simulink platform was used to build its dynamic simulation model. The model can be used to simulate the change of the photovoltaic parameters， light intensity， ambient temperature， characteristic curves of I?U and P?U in external environment， and photovoltaic power generation rate in fast output dynamic response. The simulation results indicate that the output characteristics of photovoltaic cells are nonlinear， and the model can be applied to the dynamic simulation research of the PV system. The rationality and practicability of the simulation model were proved by the results. With the model， a theoretical foundation and a simulation base were provided for the optimization of photovoltaic power generation efficiency and set?up of photovoltaic systems group.

Keywords： photovoltaic cell；Matlab Simulation；output features；modeling

太陽能光伏發(fā)電的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)不僅是當(dāng)今世界能源的一個(gè)重要補(bǔ)充，同時(shí)更具備成為未來主要能源來源的巨大潛力。太陽能光伏電池的輸出特性是光伏發(fā)電系統(tǒng)研究中的重要的問題[1?2]。由于太陽能電池將光能轉(zhuǎn)換成電能的效率受光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度的影響，因此，運(yùn)用Matlab/Simulink搭建通用的太陽能電池模型，研究外界環(huán)境變化對(duì)光伏電池輸出特性的影響，是很有必要的。

1 光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型

4 結(jié) 語

為更好的設(shè)計(jì)光伏發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)光伏電池輸出特性進(jìn)行了深入的分析，使光伏控制系統(tǒng)能夠更好的配合實(shí)驗(yàn)，從而獲得最佳的發(fā)電效果提高效率。本文首先從原理分析了光伏電池，通過其根本原理同時(shí)結(jié)合光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型，在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下建立了具有一定通用性的光伏電池Simulink動(dòng)態(tài)模型。并且從仿真結(jié)果中可以看出，在任意環(huán)境下，該模型能夠很好的模擬系統(tǒng)輸出特性。建立的作為光伏發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵部件的光伏電池模型，為研究光伏發(fā)電的能效優(yōu)化方法、指導(dǎo)理論研究和我國(guó)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)都提供了重要的基礎(chǔ)保證和良好的研發(fā)平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)

[1] 清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心.中國(guó)建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告2009[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

[2] 孔娟.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究[D].青島：青島大學(xué)，2006.

[3] 沈輝.太陽能光伏發(fā)電技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[4] 趙爭(zhēng)鳴.太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[5] 張禮勝，李全.基于模糊控制的光伏電池MPPT的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009，32（15）：165?167.

[6] 崔容強(qiáng).并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[7] 陳桂蘭，孫曉.光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2001，27（8）：33?35.

[8] JOACHIM Benemann. Building?integrated PV modules [J]. Solar Energy Materials & Solar Cells， 2001， 67： 345?354.

[9] KIM Tae Yeop， AHN Ho?Gyun， PARK Seung Kyu， et al. A novel maximum power point traeking control for photovoltaic power system under rapidly changing solar radiation [C]// Proceedings of IEEE International Symposium on Industrial Electronics. Pusan： IEEE， 2001， 2： 1011?1014.

[10] 鐵道部.TB10039?2012 鐵路光伏發(fā)電系統(tǒng)及應(yīng)急柴油發(fā)電站技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2012.

摘 要： 研究光伏電池物理模型，利用Matlab/Simulink平臺(tái)，搭建其動(dòng)態(tài)仿真模型。該模型可以模擬變化的光伏參數(shù)、光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度，能夠模擬外界環(huán)境下的I?U、P?U特性曲線，快速輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)下光伏發(fā)電功率。仿真結(jié)果得到了光伏電池的輸出特性呈非線性，且可用于對(duì)光伏系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真研究，證明該仿真模型的合理性與實(shí)用性，同時(shí)為優(yōu)化光伏發(fā)電能效、搭建光伏系統(tǒng)組提供良好的理論依據(jù)和仿真基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 光伏電池； Matlab仿真； 輸出特性； 建模

中圖分類號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）10?0156?02

Abstract： Physical model of PV cell array was researched. Matlab/Simulink platform was used to build its dynamic simulation model. The model can be used to simulate the change of the photovoltaic parameters， light intensity， ambient temperature， characteristic curves of I?U and P?U in external environment， and photovoltaic power generation rate in fast output dynamic response. The simulation results indicate that the output characteristics of photovoltaic cells are nonlinear， and the model can be applied to the dynamic simulation research of the PV system. The rationality and practicability of the simulation model were proved by the results. With the model， a theoretical foundation and a simulation base were provided for the optimization of photovoltaic power generation efficiency and set?up of photovoltaic systems group.

Keywords： photovoltaic cell；Matlab Simulation；output features；modeling

太陽能光伏發(fā)電的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)不僅是當(dāng)今世界能源的一個(gè)重要補(bǔ)充，同時(shí)更具備成為未來主要能源來源的巨大潛力。太陽能光伏電池的輸出特性是光伏發(fā)電系統(tǒng)研究中的重要的問題[1?2]。由于太陽能電池將光能轉(zhuǎn)換成電能的效率受光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度的影響，因此，運(yùn)用Matlab/Simulink搭建通用的太陽能電池模型，研究外界環(huán)境變化對(duì)光伏電池輸出特性的影響，是很有必要的。

1 光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型

4 結(jié) 語

為更好的設(shè)計(jì)光伏發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)光伏電池輸出特性進(jìn)行了深入的分析，使光伏控制系統(tǒng)能夠更好的配合實(shí)驗(yàn)，從而獲得最佳的發(fā)電效果提高效率。本文首先從原理分析了光伏電池，通過其根本原理同時(shí)結(jié)合光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型，在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下建立了具有一定通用性的光伏電池Simulink動(dòng)態(tài)模型。并且從仿真結(jié)果中可以看出，在任意環(huán)境下，該模型能夠很好的模擬系統(tǒng)輸出特性。建立的作為光伏發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵部件的光伏電池模型，為研究光伏發(fā)電的能效優(yōu)化方法、指導(dǎo)理論研究和我國(guó)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)都提供了重要的基礎(chǔ)保證和良好的研發(fā)平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)

[1] 清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心.中國(guó)建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告2009[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

[2] 孔娟.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究[D].青島：青島大學(xué)，2006.

[3] 沈輝.太陽能光伏發(fā)電技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[4] 趙爭(zhēng)鳴.太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[5] 張禮勝，李全.基于模糊控制的光伏電池MPPT的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009，32（15）：165?167.

[6] 崔容強(qiáng).并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[7] 陳桂蘭，孫曉.光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2001，27（8）：33?35.

[8] JOACHIM Benemann. Building?integrated PV modules [J]. Solar Energy Materials & Solar Cells， 2001， 67： 345?354.

[9] KIM Tae Yeop， AHN Ho?Gyun， PARK Seung Kyu， et al. A novel maximum power point traeking control for photovoltaic power system under rapidly changing solar radiation [C]// Proceedings of IEEE International Symposium on Industrial Electronics. Pusan： IEEE， 2001， 2： 1011?1014.

[10] 鐵道部.TB10039?2012 鐵路光伏發(fā)電系統(tǒng)及應(yīng)急柴油發(fā)電站技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2012.

摘 要： 研究光伏電池物理模型，利用Matlab/Simulink平臺(tái)，搭建其動(dòng)態(tài)仿真模型。該模型可以模擬變化的光伏參數(shù)、光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度，能夠模擬外界環(huán)境下的I?U、P?U特性曲線，快速輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)下光伏發(fā)電功率。仿真結(jié)果得到了光伏電池的輸出特性呈非線性，且可用于對(duì)光伏系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真研究，證明該仿真模型的合理性與實(shí)用性，同時(shí)為優(yōu)化光伏發(fā)電能效、搭建光伏系統(tǒng)組提供良好的理論依據(jù)和仿真基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 光伏電池； Matlab仿真； 輸出特性； 建模

中圖分類號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）10?0156?02

Abstract： Physical model of PV cell array was researched. Matlab/Simulink platform was used to build its dynamic simulation model. The model can be used to simulate the change of the photovoltaic parameters， light intensity， ambient temperature， characteristic curves of I?U and P?U in external environment， and photovoltaic power generation rate in fast output dynamic response. The simulation results indicate that the output characteristics of photovoltaic cells are nonlinear， and the model can be applied to the dynamic simulation research of the PV system. The rationality and practicability of the simulation model were proved by the results. With the model， a theoretical foundation and a simulation base were provided for the optimization of photovoltaic power generation efficiency and set?up of photovoltaic systems group.

Keywords： photovoltaic cell；Matlab Simulation；output features；modeling

太陽能光伏發(fā)電的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)不僅是當(dāng)今世界能源的一個(gè)重要補(bǔ)充，同時(shí)更具備成為未來主要能源來源的巨大潛力。太陽能光伏電池的輸出特性是光伏發(fā)電系統(tǒng)研究中的重要的問題[1?2]。由于太陽能電池將光能轉(zhuǎn)換成電能的效率受光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度的影響，因此，運(yùn)用Matlab/Simulink搭建通用的太陽能電池模型，研究外界環(huán)境變化對(duì)光伏電池輸出特性的影響，是很有必要的。

1 光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型

4 結(jié) 語

為更好的設(shè)計(jì)光伏發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)光伏電池輸出特性進(jìn)行了深入的分析，使光伏控制系統(tǒng)能夠更好的配合實(shí)驗(yàn)，從而獲得最佳的發(fā)電效果提高效率。本文首先從原理分析了光伏電池，通過其根本原理同時(shí)結(jié)合光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型，在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下建立了具有一定通用性的光伏電池Simulink動(dòng)態(tài)模型。并且從仿真結(jié)果中可以看出，在任意環(huán)境下，該模型能夠很好的模擬系統(tǒng)輸出特性。建立的作為光伏發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵部件的光伏電池模型，為研究光伏發(fā)電的能效優(yōu)化方法、指導(dǎo)理論研究和我國(guó)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)都提供了重要的基礎(chǔ)保證和良好的研發(fā)平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)

[1] 清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心.中國(guó)建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告2009[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

[2] 孔娟.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究[D].青島：青島大學(xué)，2006.

[3] 沈輝.太陽能光伏發(fā)電技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[4] 趙爭(zhēng)鳴.太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[5] 張禮勝，李全.基于模糊控制的光伏電池MPPT的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009，32（15）：165?167.

[6] 崔容強(qiáng).并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[7] 陳桂蘭，孫曉.光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2001，27（8）：33?35.

[8] JOACHIM Benemann. Building?integrated PV modules [J]. Solar Energy Materials & Solar Cells， 2001， 67： 345?354.

[9] KIM Tae Yeop， AHN Ho?Gyun， PARK Seung Kyu， et al. A novel maximum power point traeking control for photovoltaic power system under rapidly changing solar radiation [C]// Proceedings of IEEE International Symposium on Industrial Electronics. Pusan： IEEE， 2001， 2： 1011?1014.

[10] 鐵道部.TB10039?2012 鐵路光伏發(fā)電系統(tǒng)及應(yīng)急柴油發(fā)電站技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2012.