光伏陣列在不均勻光照下的輸出特性仿真研究

趙品

摘要：文章以Matlab/Simulink為工具建立仿真模型，得到在不均勻光照下光伏陣列的輸出特性。根據光伏發電的原理和光伏電池的內部結構，在simulink中搭建模型光伏陣列的模型。在不同的光照條件下，通過對模型的仿真得到I-U曲線和P-U曲線，根據仿真結果對輸出特性進行總結并得出結論。

關鍵詞：光伏陣列；不均勻光照；輸出特性；信真模型；Matlab；Simulink 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM914 文章編號：1009-2374（2015）29-0024-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.012

1 光伏發電的基本原理

1.1 光伏電池的數學模型

光伏電池的等效電路如圖1所示，圖中，為光生電流，取決于光伏電池的面積和入射光的輻照度和本體的溫度；為暗電流，是光伏電池無光照時由外電壓作用下PN結流過的單向電流；為負載電流；為開路電壓，與入射光的輻照度的對數成正比，與環境溫度成反比；為串聯電阻，一般小于1歐姆；為旁路電阻，一般為幾千歐姆；I0為無光照時的飽和電流；為短路電流。

2 仿真探索不均勻光照下光伏陣列的輸出特性

2.1 模型介紹

模型中每一個光伏電池都并聯了一個旁路二極管，但只并聯旁路二極管時運行中會報錯，因此旁路二極管旁又并聯一個電阻，光伏陣列模塊由4個光伏電池串聯。光伏電池模塊如圖2所示：

用以上模型仿真，將光伏陣列的輸出電壓、輸出電流、輸出功率導入matlab的workspace當中，即可畫出相應的光伏陣列輸出特性曲線。

2.2 不均勻光照下光伏陣列的輸出特性

2.2.1 一種光照時光伏陣列的輸出特性。將4個光伏電池的光照均設為時，輸出光伏陣列的I-U特性曲線和P-U特性曲線，如圖3（a）和3（b）所示：

觀察圖3，在I-U特性曲線中，光伏陣列的開路電壓即為4個光伏電池串聯后的開路電壓，；光伏陣列的短路電流即為4個光伏電池串聯后的短路電流，。P-U特性曲線中，光伏陣列最大功率點電壓為，最大功率為，。仿真所得圖線與理論計算結果一致。

2.2.2 兩種光照時光伏陣列的輸出特性。將4個光伏電池的光照分別設為、、、，輸出光伏陣列的I-U特性曲線和P-U特性曲線，如圖4（a）和4（b）所示：

2.2.3 三種光照時光伏陣列的輸出特性。將4個光伏電池的光照分別設為、、、，輸出光伏陣列的I-U特性曲線和P-U特性曲線，如圖5（a）和5（b）所示：

2.2.4 四種光照時光伏陣列的輸出特性。將4個光伏電池的光照分別設為、、、，輸出光伏陣列的I-U特性曲線和P-U特性曲線，如圖6（a）和6（b）所示：

2.2.5 不均勻光照下光伏陣列的輸出特性仿真總結。（1）當整個光伏陣列中只有一種光照時，其I-U特性曲線上只有一個膝點，其P-U特性曲線上只有一個峰值；（2）當某塊光伏電池被遮擋時，由于所接受到的光照下降，導致被遮擋的光伏電池的I-U特性曲線上短路電流的下降，同時由于遮擋導致光伏電池溫度升高，其相應的開路電壓也會相應減小。因此，當光伏陣列中的某塊電池被遮擋時，其光伏陣列的輸出特性會發生變化，即整個光伏陣列的I-U特性曲線上會出現多個膝點，而對應的P-U特性曲線上可能會出現多個峰值；（3）當有個光伏電池串聯，有（）種光照時，光伏陣列的I-U特性曲線將有個膝點，P-U特性曲線可能會出現個波峰。

參考文獻

[1] 薛定宇，陳陽泉.系統仿真技術與應用[M].北京：清華大學出版社，2002.

[2] 吳忠軍，劉國海，廖志凌.硅太陽電池工程用數學模型參數的優化設計[J].電源技術，2007，31（11）.

[3] 吳海濤，孔娟，夏東偉.基于Matlab/Simulink的光伏電池建模與仿真[J].青島大學學報（工程技術版），2006，21（4）.

[4] 任駒，郭文閣，鄭建邦.基于P-N結的太陽能電池伏安特性的分析與模擬[J].光子學報，2006，35（2）.

（責任編輯：周 瓊）