光伏電池的MATLAB仿真及其特性曲線的圖像化

茹珂等

【摘 要】分析光伏電池的物理原理及其工程數(shù)學(xué)模型，同時(shí)在MATLAB仿真環(huán)境下建立太陽能電池的仿真模型。仿真中對(duì)模型本身的太陽輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度這兩個(gè)參數(shù)變化條件下的輸出特性進(jìn)行了研究，得出了太陽能電池輸出特性一般規(guī)律曲線。搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)電池板的輸出特性進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，給出了測(cè)量曲線和分析，結(jié)果與仿真曲線相吻合，最后將其特性曲線動(dòng)態(tài)顯示顯示屏之上，便于實(shí)際工程中了解光伏電池的工作狀態(tài)。

【關(guān)鍵詞】光伏電池；工程模型；MATLAB仿真；輸出特性曲線

【Abstract】According to the physical principle of photovoltaic cells are the engineering mathematics model， simulation model and establish the solar cell in MATLAB simulation environment. Output characteristics of changes in these two parameters of solar radiation intensity， the temperature simulation model itself is studied under the general rules， solar cell output characteristics curve of the. The experiment platform is set up， to test the output characteristic of panels， gives the measured curve and the analysis， results were in good agreement with the simulation curve， the curve of real-time display screen， understand the photovoltaic battery working state is convenient for practical engineering.

【Key words】Photovoltaic cells；Engineering model；MATLAB simulation；The output characteristic curve

0 前言

目前世界能源短缺與環(huán)境惡化的加劇使得人類加快了研究新能源的步伐。由于太陽能分布廣泛、蘊(yùn)藏豐富，因此太陽能發(fā)電被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的清潔能源[1-2]。

太陽能發(fā)電系統(tǒng)中太陽能電池是最重要的組件，它將太陽能轉(zhuǎn)換為可以利用的電能。由于太陽能組件的特殊性，發(fā)展太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的初期投資較大，且目前太陽能電池板壽命有限，因此需要提高發(fā)電以及轉(zhuǎn)換效率從中獲得更多的能量[3]。為了從中獲得更多的能量，需要針對(duì)性的對(duì)太陽能電池的特性進(jìn)行分析。同時(shí)為了控制系統(tǒng)可以明確太陽能電池工作點(diǎn)位置，本文在驗(yàn)證太陽能電池曲線的基礎(chǔ)上應(yīng)用DSP2812繪制動(dòng)態(tài)光伏曲線圖。同時(shí)本實(shí)驗(yàn)也可用做教學(xué)，加深同學(xué)對(duì)太陽能電池特性的了解。

1 光伏電池工程數(shù)學(xué)模型

太陽能電池的基本原理是光生伏特效應(yīng)，是指光線照射在太陽能電池板。電池板吸收了光子的能量，從而產(chǎn)生激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。在這種效應(yīng)之下，電池板內(nèi)部產(chǎn)生電場(chǎng)，電池輸出端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)電池板的輸出端連接負(fù)載之后，就會(huì)產(chǎn)生電流，獲得電能。這就是電池板發(fā)電的基本原理[4]。太陽能電池板結(jié)構(gòu)圖如圖1。

5 結(jié)論

光伏陣列的I—V 特性除了與光伏電池模塊參數(shù)有關(guān)以外，還與環(huán)境溫度，太陽輻射強(qiáng)度有關(guān)。本文不僅利用實(shí)際搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測(cè)量了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后對(duì)所用電池板的輸出特性進(jìn)行仿真，還利用在MATLAB仿真環(huán)境下直接建立太陽能電池的仿真模型來動(dòng)態(tài)跟蹤環(huán)境溫度、太陽輻射強(qiáng)度等參數(shù)的變化，還用DSP2812實(shí)現(xiàn)了顯示屏顯示了I-V曲線因環(huán)境溫度，太陽輻射強(qiáng)度變化而變化動(dòng)態(tài)過程。使控制系統(tǒng)可以明確太陽能電池工作點(diǎn)位置，同時(shí)本實(shí)驗(yàn)也可用做教學(xué)，加深同學(xué)對(duì)太陽能電池特性的了解。

【參考文獻(xiàn)】

[1]孫本新.太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)裝置[D].大連理工大學(xué)，2002.

[2]趙為.太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2003.

[3]黃紅橋，危韌勇，陳有根，楊金.光伏并網(wǎng)微逆變器研究中的關(guān)鍵技術(shù)[J].變頻器世界，2012（3）：53-61.

[4]陳昌喆.光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的仿真研究與設(shè)計(jì)[D].武漢理工大學(xué)，2010.

[5]董振利.基于DSP與dsPIC的數(shù)字式太陽能電池陣列模擬器研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2007.

[6]林飛，杜欣.電力電子應(yīng)用技術(shù)的MATLAB仿真[M].中國(guó)電力出版社，2008.

[責(zé)任編輯：劉帥]

【摘 要】分析光伏電池的物理原理及其工程數(shù)學(xué)模型，同時(shí)在MATLAB仿真環(huán)境下建立太陽能電池的仿真模型。仿真中對(duì)模型本身的太陽輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度這兩個(gè)參數(shù)變化條件下的輸出特性進(jìn)行了研究，得出了太陽能電池輸出特性一般規(guī)律曲線。搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)電池板的輸出特性進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，給出了測(cè)量曲線和分析，結(jié)果與仿真曲線相吻合，最后將其特性曲線動(dòng)態(tài)顯示顯示屏之上，便于實(shí)際工程中了解光伏電池的工作狀態(tài)。

【關(guān)鍵詞】光伏電池；工程模型；MATLAB仿真；輸出特性曲線

【Abstract】According to the physical principle of photovoltaic cells are the engineering mathematics model， simulation model and establish the solar cell in MATLAB simulation environment. Output characteristics of changes in these two parameters of solar radiation intensity， the temperature simulation model itself is studied under the general rules， solar cell output characteristics curve of the. The experiment platform is set up， to test the output characteristic of panels， gives the measured curve and the analysis， results were in good agreement with the simulation curve， the curve of real-time display screen， understand the photovoltaic battery working state is convenient for practical engineering.

【Key words】Photovoltaic cells；Engineering model；MATLAB simulation；The output characteristic curve

0 前言

目前世界能源短缺與環(huán)境惡化的加劇使得人類加快了研究新能源的步伐。由于太陽能分布廣泛、蘊(yùn)藏豐富，因此太陽能發(fā)電被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的清潔能源[1-2]。

太陽能發(fā)電系統(tǒng)中太陽能電池是最重要的組件，它將太陽能轉(zhuǎn)換為可以利用的電能。由于太陽能組件的特殊性，發(fā)展太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的初期投資較大，且目前太陽能電池板壽命有限，因此需要提高發(fā)電以及轉(zhuǎn)換效率從中獲得更多的能量[3]。為了從中獲得更多的能量，需要針對(duì)性的對(duì)太陽能電池的特性進(jìn)行分析。同時(shí)為了控制系統(tǒng)可以明確太陽能電池工作點(diǎn)位置，本文在驗(yàn)證太陽能電池曲線的基礎(chǔ)上應(yīng)用DSP2812繪制動(dòng)態(tài)光伏曲線圖。同時(shí)本實(shí)驗(yàn)也可用做教學(xué)，加深同學(xué)對(duì)太陽能電池特性的了解。

1 光伏電池工程數(shù)學(xué)模型

太陽能電池的基本原理是光生伏特效應(yīng)，是指光線照射在太陽能電池板。電池板吸收了光子的能量，從而產(chǎn)生激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。在這種效應(yīng)之下，電池板內(nèi)部產(chǎn)生電場(chǎng)，電池輸出端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)電池板的輸出端連接負(fù)載之后，就會(huì)產(chǎn)生電流，獲得電能。這就是電池板發(fā)電的基本原理[4]。太陽能電池板結(jié)構(gòu)圖如圖1。

5 結(jié)論

光伏陣列的I—V 特性除了與光伏電池模塊參數(shù)有關(guān)以外，還與環(huán)境溫度，太陽輻射強(qiáng)度有關(guān)。本文不僅利用實(shí)際搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測(cè)量了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后對(duì)所用電池板的輸出特性進(jìn)行仿真，還利用在MATLAB仿真環(huán)境下直接建立太陽能電池的仿真模型來動(dòng)態(tài)跟蹤環(huán)境溫度、太陽輻射強(qiáng)度等參數(shù)的變化，還用DSP2812實(shí)現(xiàn)了顯示屏顯示了I-V曲線因環(huán)境溫度，太陽輻射強(qiáng)度變化而變化動(dòng)態(tài)過程。使控制系統(tǒng)可以明確太陽能電池工作點(diǎn)位置，同時(shí)本實(shí)驗(yàn)也可用做教學(xué)，加深同學(xué)對(duì)太陽能電池特性的了解。

【參考文獻(xiàn)】

[1]孫本新.太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)裝置[D].大連理工大學(xué)，2002.

[2]趙為.太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2003.

[3]黃紅橋，危韌勇，陳有根，楊金.光伏并網(wǎng)微逆變器研究中的關(guān)鍵技術(shù)[J].變頻器世界，2012（3）：53-61.

[4]陳昌喆.光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的仿真研究與設(shè)計(jì)[D].武漢理工大學(xué)，2010.

[5]董振利.基于DSP與dsPIC的數(shù)字式太陽能電池陣列模擬器研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2007.

[6]林飛，杜欣.電力電子應(yīng)用技術(shù)的MATLAB仿真[M].中國(guó)電力出版社，2008.

[責(zé)任編輯：劉帥]

【摘 要】分析光伏電池的物理原理及其工程數(shù)學(xué)模型，同時(shí)在MATLAB仿真環(huán)境下建立太陽能電池的仿真模型。仿真中對(duì)模型本身的太陽輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度這兩個(gè)參數(shù)變化條件下的輸出特性進(jìn)行了研究，得出了太陽能電池輸出特性一般規(guī)律曲線。搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)電池板的輸出特性進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，給出了測(cè)量曲線和分析，結(jié)果與仿真曲線相吻合，最后將其特性曲線動(dòng)態(tài)顯示顯示屏之上，便于實(shí)際工程中了解光伏電池的工作狀態(tài)。

【關(guān)鍵詞】光伏電池；工程模型；MATLAB仿真；輸出特性曲線

【Abstract】According to the physical principle of photovoltaic cells are the engineering mathematics model， simulation model and establish the solar cell in MATLAB simulation environment. Output characteristics of changes in these two parameters of solar radiation intensity， the temperature simulation model itself is studied under the general rules， solar cell output characteristics curve of the. The experiment platform is set up， to test the output characteristic of panels， gives the measured curve and the analysis， results were in good agreement with the simulation curve， the curve of real-time display screen， understand the photovoltaic battery working state is convenient for practical engineering.

【Key words】Photovoltaic cells；Engineering model；MATLAB simulation；The output characteristic curve

0 前言

目前世界能源短缺與環(huán)境惡化的加劇使得人類加快了研究新能源的步伐。由于太陽能分布廣泛、蘊(yùn)藏豐富，因此太陽能發(fā)電被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的清潔能源[1-2]。

太陽能發(fā)電系統(tǒng)中太陽能電池是最重要的組件，它將太陽能轉(zhuǎn)換為可以利用的電能。由于太陽能組件的特殊性，發(fā)展太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的初期投資較大，且目前太陽能電池板壽命有限，因此需要提高發(fā)電以及轉(zhuǎn)換效率從中獲得更多的能量[3]。為了從中獲得更多的能量，需要針對(duì)性的對(duì)太陽能電池的特性進(jìn)行分析。同時(shí)為了控制系統(tǒng)可以明確太陽能電池工作點(diǎn)位置，本文在驗(yàn)證太陽能電池曲線的基礎(chǔ)上應(yīng)用DSP2812繪制動(dòng)態(tài)光伏曲線圖。同時(shí)本實(shí)驗(yàn)也可用做教學(xué)，加深同學(xué)對(duì)太陽能電池特性的了解。

1 光伏電池工程數(shù)學(xué)模型

太陽能電池的基本原理是光生伏特效應(yīng)，是指光線照射在太陽能電池板。電池板吸收了光子的能量，從而產(chǎn)生激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。在這種效應(yīng)之下，電池板內(nèi)部產(chǎn)生電場(chǎng)，電池輸出端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)電池板的輸出端連接負(fù)載之后，就會(huì)產(chǎn)生電流，獲得電能。這就是電池板發(fā)電的基本原理[4]。太陽能電池板結(jié)構(gòu)圖如圖1。

5 結(jié)論

光伏陣列的I—V 特性除了與光伏電池模塊參數(shù)有關(guān)以外，還與環(huán)境溫度，太陽輻射強(qiáng)度有關(guān)。本文不僅利用實(shí)際搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測(cè)量了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后對(duì)所用電池板的輸出特性進(jìn)行仿真，還利用在MATLAB仿真環(huán)境下直接建立太陽能電池的仿真模型來動(dòng)態(tài)跟蹤環(huán)境溫度、太陽輻射強(qiáng)度等參數(shù)的變化，還用DSP2812實(shí)現(xiàn)了顯示屏顯示了I-V曲線因環(huán)境溫度，太陽輻射強(qiáng)度變化而變化動(dòng)態(tài)過程。使控制系統(tǒng)可以明確太陽能電池工作點(diǎn)位置，同時(shí)本實(shí)驗(yàn)也可用做教學(xué)，加深同學(xué)對(duì)太陽能電池特性的了解。

【參考文獻(xiàn)】

[1]孫本新.太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)裝置[D].大連理工大學(xué)，2002.

[2]趙為.太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2003.

[3]黃紅橋，危韌勇，陳有根，楊金.光伏并網(wǎng)微逆變器研究中的關(guān)鍵技術(shù)[J].變頻器世界，2012（3）：53-61.

[4]陳昌喆.光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的仿真研究與設(shè)計(jì)[D].武漢理工大學(xué)，2010.

[5]董振利.基于DSP與dsPIC的數(shù)字式太陽能電池陣列模擬器研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2007.

[6]林飛，杜欣.電力電子應(yīng)用技術(shù)的MATLAB仿真[M].中國(guó)電力出版社，2008.

[責(zé)任編輯：劉帥]