基于simulink的太阳能光伏电池的建模及输出特性仿真研究

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1、第３２卷第１期兰州交通大学学报Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．１２０１３年２月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬａｎｚｈｏｕＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＦｅｂ．２０１３文章编号：１００１－４３７３（２０１３）０１－００９７－０４ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－４３７３．２０１３．０１．０２２基于Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的太阳能光伏电池的建模及输出特性仿真研究＊郑意，赵志刚，苟向锋（兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州７３００７０）摘要：介绍了太阳能光伏电池的工作原理，根据光伏电池的输出特性建立了数学模型，并依据数学模型在Ｍａｔ－ｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中建

2、立了光伏电池阵列的仿真模型．通过该模型来模拟不同温度和光照强度条件下光伏电池的Ｉ－Ｕ特性曲线，其中光伏电池的仿真参数按照１２５×１２５刚性光伏电池片设置．关键词：光伏电池；Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ；输出特性中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标志码：Ａ随着世界经济的快速发展，对于能源的需求越电效应，即利用光电材料受到光照射后发生光电效来越大．目前世界各国大多仍然以石油、天然气和煤应，从而实现能量转换．当太阳光照射到光伏电池上炭等原料作为主要能源，这必将导致能源的日益枯时，电池吸收光能，产生光电子和光生空穴对，在电竭与环境污染的日益突出，因此能

3、源的充分利用与环池内电场的作用下，光生电子和光生空穴对被分离，境保护已成为２１世纪人类面临的两项重大难题．目光生电子被推向半导体的Ｎ区，光生空穴被推向半前，包括太阳能、风能、水能、海洋能、地热能等在内的导体Ｐ区，如此便在Ｐ－Ｎ结两侧形成了正负电荷的可再生能源的发展与应用得到广泛的关注，但是与化积累，产生了光生电动势，这就是“光电效应”．石燃料相比，可再生能源具有能量密度低；随着季节、能产生光电效应的半导体材料有很多种，如单昼夜与气候条件的变化而变化；难于运输等特点，因晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓、硒铟铜等，这些半导此要用可再生能源取代化石能源

4、则需解决一系列的体材料的光电转化原理基本相同．以硅基半导体做科学技术和经济性的问题．而太阳能作为广泛分布的成的光伏电池为例：在其内电场的两侧引出导线并“清洁能源”，有较好的应用前景．目前太阳能利用的接上负载，则电路中就会有电流流过，该电流称为基本方式有三种：太阳能热利用、太阳能热发电和太“光生电流”．“光生电流”从半导体的Ｐ区经负载流阳能光伏发电．而光伏电池作为太阳能光伏发电的核至Ｎ区，负载即得到功率输出，这样就完成了将光［４］心部分，其输出特性具有显著的非线性，其光电转换能转换为电能．其原理图如图１所示．效率迄今为止仍然很低，这些因素都说明

5、对光伏电池I［１－３］输出特性的研究是该行业的一个重要课题．RS本文在了解了光伏电池原理的基础上，根据实验需要，建立了一组光伏阵列的数学模型，并在RIDRSHＳｉｍｕｌｉｎｋ中建立其仿真模型，得到了光伏电池在不IPH同光照强度和温度下的输出特性曲线，并对仿真结果进行了分析，为后续做最大功率点追踪电路设计奠定了一定基础．图１光伏电池原理图１光伏电池的原理Ｆｉｇ．１Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｃｅｌｌｓｓｃｈｅｍａｔｉｃ太阳能光伏电池发电的原理主要是半导体的光＊收稿日期：２０１２－０６－１０作者简介：郑意（１９８８－），男，甘肃白银人，硕士生，主要研

6、究方向为光伏－蓄电池联合供电．Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｅｎｇｙｉ０４５７＠１６３．ｃｏｍ９８兰州交通大学学报第３２卷图１中ＩＰＨ为光生电流，当光源恒定时可以将2太阳能电池看成是一理想的、能稳定产生光电流ＩＰＨ1的恒流源；ＩＤ为半导体Ｐ－Ｎ结的结电流．ＲＳ为半导体材料内部电阻和电极电阻构成的串联电阻，通常小于１Ω；ＲＳＨ为由于半导体材料边缘不清洁或内部3固有缺陷造成的电阻，一般约为几千欧姆．依据其原理图，流过负载Ｒ的电流为Ｉ＝ＩＰＨ－ＩＤ－ＩＳＨ（１）15组而Ｐ－Ｎ结中电流和电压满足关系如下：ｑＵ／ＡＫＴＩＤ＝Ｉ０（ｅＩ－１）（２）图２光伏阵列布置式

7、中：ｑ为电子电荷，１．６×１０－１９Ｃ；Ａ为Ｐ－Ｎ结理想Ｆｉｇ．２ＰＶａｒｒａｙｌａｙｏｕｔ因子；Ｋ为波皮兹曼常数，１．３８×１０－２３Ｊ／Ｋ；Ｔ为绝的正常工作．３号二极管称为阻塞二极管，其作用是对温度；Ｉ０为Ｐ－Ｎ结的反向饱和电流，当Ｐ－Ｎ结制为了防止当光照不足时外部蓄电池中的电流倒流回成后该值为一个与温度有关的系数；ＵＩ为结电压，光伏电池，使光伏组件发热，温度升高，影响其转换稳定状态下其值为负载电压．效率，同时浪费蓄电池中存储的能量．ＵＩＵＲ＋ＩＲＳ如图２所示，光伏电池通过串联来提高其输出ＩＳＨ＝＝（３）ＲＳＨＲＳＨ电压，通过并联来增大其

8、输出电流．据此，依据式（５）式中：ＵＲ为负载两端电压．得到光伏阵列的输出特性方程如下：由式（１）、式（２）、式（３）可得：ｑ（Ｕ＋ＩＲ）ＲＳＩ＝ｍＩＰＨ－ｍＩ０［ｅ