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1、第21卷第4期青岛大学学报(工程技术版)Vol.21No.42006年12月JOURNALOFQINGDAOUNIVERSITY(E&T)Dec.2006文章编号:1006-9798(2006)04-0074-04y基于MATLAB/Simulink的光伏电池建模与仿真吴海涛,孔娟,夏东伟(青岛大学自动化工程学院,山东青岛266071)摘要:在MATLAB/Simulink仿真环境下,基于光伏电池的I-V解数学函数关系式,建立了光伏电池的仿真模型,并对不同的串联电阻和日照强度变化条件下光伏电池的输出特性进行了仿真。仿真结果验证了光伏
2、电池的输出特性呈非线性,并随串联电阻和日照强度的变化而变化。关键词:光伏电池;MATLAB仿真;输出特性;输出功率中图分类号:TP391.9文献标识码:A[1]随着世界经济的迅速发展,能源问题日益突出,主要体现在:能源短缺、环境污染、温室效应。太阳能作为一种新兴的绿色能源,越来越受到人们的重视。光伏电池是太阳能光伏发电系统中的核心部分,因此,光伏电池成为太阳能光伏发电系统研究的重要环节。MATLAB/Simulink仿真工具为复杂系统提供了简单、快捷、方便的建模仿真环境,可以实现建模与仿真、数据分析和曲线拟合、科学和工程绘图等功能,
3、其中的[2]电源系统工具库(PowerSystemBlockset)可直接为电力系统提供模块化仿真。本文针对MATLAB仿真环境,基于光伏电池的I-V函数关系式,直接利用Simulink软件包、编写S函数建立了光伏电池的仿真模型,通过调节串联电阻和光生电流,方便且准确地模拟了光伏电池的工作情况。1光伏电池的仿真模型光伏电池本身是一个P-N结,基本特性与二极管类似,其等效电路[3]由光生电流源及一系列电阻(内部并联电阻Rsh和串联电阻Rs)组成,见图1所示。由太阳能光伏电池等效电路可得出公式图1光伏电池等效电路图I=Iph-Id-Is
4、h(1)式中,I为光伏电池的输出电流,A;Iph为光生电流,A;Id为流过二极管的电流,A;Ish为流过内部并联电阻Rsh的电流,A。对于Id有q(V+IRs)Id=I0exp-1(2)AKT-4-4[4]式中,I0为二极管反向饱和电流(一般而言,其数量级为10A,本文取I0=8@10A);V为输出电压,-23V;K是玻耳兹曼常数,为1.38@10J/K;Rs为电阻Rs的电阻,8;T是绝对温度,K;A是P-N结的理想-19因子,当温度T=300K时,取值2.8;q是电子电荷,为1.6@10C。对式(1)中的Ish有(V+IRs)Is
5、h=(3)Rsh式中,Rsh为电阻Rsh的电阻,8。将式(2)、(3)代入式(1),可得光伏电池输出电流表达式为q(V+IRs)(V+IRs)I=Iph-I0exp-1-(4)AKTRshy收稿日期:2005-12-09;修回日期:2006-03-15作者简介:吴海涛(1982-),男,江西人,硕士研究生,研究方向为电力电子技术在电力系统中的应用。E-mail:whtpower@163.com第4期吴海涛,等:基于MATLAB/Simulink的光伏电池建模与仿真75图2光伏电池的MATLAB仿真模型根据光伏电池的等效电路图,利用M
6、atlab/simu-link仿真中的电源系统工具库(PowerSystemBlocks-et)建立光伏电池的仿真模型,如图2所示。当光照强度恒定时,光生电流Iph不随光伏电池的工作状态而变化,因此可以用一个恒定的电流源来模拟。电源系统工具模块库中没有直流电流源模块,可对交流电流源模块进行适当设置,如图3所示。电压检测模块1(VoltageMeasurement1)输出值为负载R的电压V;电压检测模块2(VoltageMeasurement2)输出值为V+IRs。建立一个S函数模块来表示公式(2),其表达式为quf(u)=I0exp
7、-1AKT图3交流电源模块的设置输入值u=V+IRs,I0,A,K,T(=300K),q已知,因此经过此模块后可得流过二极管的电流Id。信号发生器Signal为受控电流源,在此要特别注意信号发生器的参考方向;Display1,2,3模块分别显示光伏电池的输出电流、输出电压、输出功率值。2串联电阻Rs对光伏电池的影响由于太阳能光伏电池板前后表面的电极以及材料本身所带有的电阻率,当工作电流流过板子时必然会引起电池板内部的串联损耗,故引入串联电阻Rs。理论上,串联电阻越大,线路损失就越大,光伏电池的输出功率就会降低,从而导致输出效率的降低
8、;反之,光伏电池的输出功率将增加,输出效率会增大。仿真参数设为Iph=10A,I0=0.0008,T=300K,Rsh=10k8。选取一组不同的负载R值进行仿真,得到一组输出电流、电压、功率值,利用MATLAB曲线拟合工具仿真出如图4
