基于MATLAB的光电转换分析-论文.pdf

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1、I．发⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一基于MATLAB的光电转换分析武警工程大学付敏陈军峰侯学华【摘要】本文首先介绍了在能源危机的大背景下，太阳能光伏发电的重要性。主要分析了光伏电池的电路模型，推导出光伏电池的电流输出和功率输出，然后利用MATLAB绘出光伏电池的u．I、U—P特性曲线，以及在不同光照和温度下的输出特性，最后对光伏电池最大功率点跟踪算法进行了简单介绍。【关键词】太阳能；光伏电池；输出特性；最大功率点一、引言为：太阳能是一种新兴的绿色能源，以可靠耐Uo：=43．6V、Isc=8．35A(3)用、维护成本低、安全且无污染等优点。但在U~=34．8V、IJIl=7．47A应

2、用中仍存在以下缺点。取T=30℃、G=8OOW·m，根据上述条件用(4)(1)光伏阵列发电效率低。MATLAB得到当前条件下太阳能电池的I—u曲线(2)系统成本高。式中，I。为光伏电池的短路电流；如图2所示。(3)环境因素影响较大等。I。为光伏电池内部等效二极管PN结反相饱从I—U特性曲线上可以看出，太阳能电池面对以下难题，各个国家都在积极展开如和电流：既非恒压源，也非恒流源，也不可能为负载提何提高光伏电池组件的能量转换效率的研究并U为光伏电池的开路电压；供任意大的功率，是一种非线性直流电源，其提出解决办法。q为电荷量，值为1．6×lOc；输出电流在大部分工作电压范围内近似

3、恒定，1．改造光伏电池的制造工艺。k为波尔兹曼常数，值为1．38Xl0-23j在接近开路电压时，电流下降很大。2．对太阳光角度进行跟其踪。K；由式(5)可得太阳能电池的输出功率为：3．设计MPPT控制器。中：：IlT为绝对温度，单位为K；一二、光伏电池的电路模型分一析一A为PN结的曲线常数，其值一般在l一2之Ulse·j}硅太阳能电池是使用最普遍的一种利用半间变化。导体光伏效应将太阳能直接转化为电能的光伏由于光伏电池的性能指标会受工作环境(1O)电源。为实现太阳能光伏发电系一统]，=『就1要对硅多种外部因素的影响，而且环境温度和光照强利用MATLAB同样可得到太阳能电池U—

4、P太阳能电池的数学模型进行分析处理，以便对度的影响经常同时存在，所以实际应用中使用(伏一瓦)特性曲线如图3所示。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯光伏系统进行研究和设计。的数学模型，通常采用供应商提供的光伏电池根据电子学理论，硅太阳能电池的等效电在标准工作状态下的以下参数：U。。、IU、!ii十、j路如图1所示。I，其中，u为最大功率点电压，I为最大功率li⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯jj点电流。这样就可以简化构造一个近似的工程!1；⋯；使用模型如下式所示：一}}l2卜。一{卜cil．eKp叫}(5)i础d≮’z{==l散[其中：c．、c2为系数，分别为：-一xp(㈣}2图1光伏电

5、池等效电路，一_-___一_一一。●●一-一_。●●●一。●-●。●。_-●●●●●-_一_-●●一+‘●一1HJ特一一(7)图3太阳能电池U—P特性曲线(1一’一从U-P特性曲线上可以看出，太阳能电池如果考虑环境温度与光伏电池温度之间的的输出功率在电压低于最大功率点电压时，输关系，电池温度T和环境温度Ta光照强度G的出功率几乎随负载两端电压u的增加而呈现性关系为：增长。当电压大于最大功率点电压时，输出功、T=+KG(8)率反而不断减小。当负载很大时，可认为其开}．其中K为比例常数，值为：路，输出功率近似为零。‘K=O．03℃··Ⅵr。四、最大功率点跟踪原理⋯lr在任意实际

6、光照强度G和电池温度T下四个光伏发电存在的问题是光伏电池的输出)参数值UI、、I可由下式求得：特性受外界环境影响大，电池表面温度和光照强度的变化都可以导致输出特性发生较大的变IT=T—，图2太阳能电池I—U特性曲线化。并且，由于目前太阳能电池的成本高、转图l中，I为光生电流，其值正比于光伏＼G。=G

7、G换效率低，价格昂贵，初期投入较大。并且其电池的面积和入射光的光照强度；I为流经二输出功率易受日照强度、环境温度等因素的影极管的电流；I为光伏电池输出的负载电流；u。JUo(1一cT)In(e+ba)fq1响，为了提高光伏系统的效率，充分利用光伏为等效二极管的端电压，无光照情况

8、下，光伏I=GI(1+aT)电池所产生的能量是光伏发电系统的基本要电池的基本行为特性类似于一个普通二极管：I=(1一cT。)ln(e+ba)求。在现在的光伏系统中，通常要求太阳能电u为负载两端电压；R。为电池的负载电阻；R。为池的输出功率始终保持最大，即系统要能实时lL=JG，，(1+口。)等效串联电阻，R。为等效并联电阻。一般来地跟踪太阳能电池的最大功率点。说，质量好的硅晶片的约为7．7～15．3mQ之其中，a、b、c是常数，分别为a：0．0025，因此，要解决此问题可在光伏电池与负间，Rsh在200~300mQ