离网型光伏发电系统设计报告材料

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1、新能源技术课程设计预习报告题目姓名：吴鹏飞专业：电131指导教师：张老师完成日期：一实验目的1、检索资料，了解光伏发电技术的发展状况以及光伏发电原理；2、掌握光伏电池模型的建立方法，分析、设计仿真模型，并利用MATLAB进行仿真实现；3、掌握光伏电池的测试方法，选择适合的测量器件与量程，验证光伏1.阵列模拟方法的正确性；4、分析离网型光伏发电系统的组成，选择合适的电力变换器拓扑结构并进行原理分析、参数计算；5、查阅相关文献资料，确定系统MPPT控制策略，建立MPPT模块仿真模型，并仿真分析；6、掌握系统联调的方法，调整

2、控制参数。二、实验仪器设备与器件太阳能电池板1块，万用表2个，太阳能功率表TENMARSTM-207，滑动变阻器（100欧姆，200瓦）1个，计算机1台，系统仿真软件。三、实验原理分析1光伏电池的基本理论太阳能是一种辐射能，它必须借助一定的能量转换器才能变换成电能，这个把太阳能转换为电能的半导体能量转换器，就叫做光伏电池。光伏电池是光伏发电系统的重要组成部分，其光电转换效率和成本对光伏发电的发展具有决定性的影响。（1）光伏电池的工作原理光伏电池是利用半导体材料的光生伏打效应制成的。所谓光生伏打效应，简单的说，就是当物体

3、受到太阳辐射时时，其体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。半导体材料将光能转换为电能的效率特别高，因此光伏电池多为半导体材料制成。半导体光伏电池的发电过程可概括为如下四个过程：（1）收集太阳光使之照射到光伏电池表面。（2）光伏电池吸收具有一定能量的光子，激发出非平衡载流子——电子空穴对。（3）这些电性符号相反的光生载流子在光伏电池P-N结内建电厂的作用下，电子-空穴对被分离，在P-N结两边产生异性电荷的积累，从而产生电动势，形成光生电压。（4）在光伏电池P-N结的两侧引出正负电极，并接上负载，则在外电

4、路中即有光生电流通过，从而获得功率输出，这样光伏电池就把太阳能直接转换成了电能。发展至今，光伏电池的种类已特别繁多，根据制作材料的不同可将光伏电池分为硅光伏电池、有机半导体光伏电池、化合物半导体光伏电池和薄膜光伏电池。（2）光伏电池的等效电路及数学模型为了在光伏发电系统研究设计过程中，实现光伏电池与光伏发电系统的匹配，则需要建立光伏电池的数学模型，通过数学关系，来反映光伏电池各项参数的变化规律，以更加深入了解光伏电池输出特性。基于光伏电池的工作原理，整个光伏电池可简单的看作一个P-N结，其输出特性呈现非线性，等效电路由

5、光生电流及内部并联电阻和串联电阻组成，如图1-1所示。当光照强度一定时，可将光伏电池看作恒流源，即光生电流Iph一定。部分Iph流经外部负载R形成端电压V，V正向偏置于P-N结二级管，引起与光生电流方向相反的暗电流Id。由于电池板表面的接触电阻以及材料本身具有的电阻率等原因，流经负载的电流经过它们时，必然产生一定的损耗，因此在等效电路中加入串联电阻Rs来代表这些损耗。对于电池边缘的漏电以及电池表面的划痕、微裂痕等处引起的金属桥漏电等问题，在等效电路中加入串联电阻Rsh来进行等效。图1-1光伏电池等效电路由光伏电池的等效

6、电路可得：I=Iph-Id-Ish(1-1)对于Id有：Id=Ioexpq(V+IRs)AKT-1(1-2)式中，Io为光伏电池的反向饱和漏电流；q为单个电子所含电荷量（1.6×10-19C）；K为波尔兹曼常数（1.38×10-23J/K）；A为光伏电池的二极管理想因子（A=1～5），用来决定其与理想P-N结半导体间的差异；T为光伏电池的温度（以绝对温度表示）。对于Ish有：Ish=V+IRsRsh(1-3)则光伏电池输出电流为：I=Iph-IoexpqV+IRsAKT-1-V+IRsRsh(1-4)通常情况下，式1-

7、4中的((V+IRs)/Rsh项远远小于光伏电池输出电流，因此该项可以忽略。由一片硅片构成的光伏电池称为单体；多个光伏电池单体组成的构件称为光伏模块；多个光伏模块构成的大型装置称为光伏阵列。单体产生的电压和电流很小，在实际应用中，通常使用光伏阵列来得到期望的电压和电流，它体现出来的特性与光伏电池特性类似，则光伏阵列输出电流为：I=NpIph-NpIoexpq(V+IRs)NsAKT-1(1-5)式中，Np和Ns分别为光伏阵列中光伏电池的并联和串联个数。实际应用中考虑到光伏电池的光照强度和电池结温的变化，根据光伏电池的工

8、作原理可得：Iph=Isc,ref+α(T-Tref)SSref(1-6)Voc=Voc,ref+β(T-298)(1-7)式中，Iscref,为标准测试条件下（光照强度Sref=1000W/m2，电池结温Tref==298K，太阳辐射光谱AM=1.5）所测得的光伏阵列短路电流，即光伏阵列两端处于短路状态时测得的电流,α为光伏阵列