太陽能光伏模塊電氣特性的數(shù)學建模與仿真

吳成坤（新疆大全新能源有限公司,新疆石河子832000）

太陽能光伏模塊電氣特性的數(shù)學建模與仿真

吳成坤
（新疆大全新能源有限公司,新疆石河子832000）

隨著國內(nèi)太陽能光伏行業(yè)的持續(xù)發(fā)展與技術(shù)上的重大突破，致使太陽能光伏產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長，不過現(xiàn)階段國內(nèi)并沒有較為領(lǐng)先的技術(shù)以及強有力的經(jīng)濟競爭力，國內(nèi)太陽能光伏產(chǎn)業(yè)浮沉于全球激烈的市場競爭中。本文分析了太陽能光伏模塊電氣特性的數(shù)學建模與仿真，并驗證其光伏模塊的數(shù)學模型正確性，為未來的光伏并網(wǎng)研究提供可靠的仿真分析數(shù)學模型。

太陽能光伏；模塊電氣；數(shù)學建模；仿真分析

0　前言

可再生能源運用的主要形式就是太陽能光伏發(fā)電，太陽能光伏模塊關(guān)鍵是依賴于電力的對應變換器把太陽能源充分轉(zhuǎn)化成電能，并有效的用在負載供電中，電氣特性是電力變換器設計的關(guān)鍵點。太陽能電池的溫度及太陽自然光照以及其相關(guān)負載阻抗直接關(guān)系著光伏模塊電氣特性，掌握這些相關(guān)特性能夠有助于光伏并網(wǎng)發(fā)電設計，促使其太陽能電池以及電網(wǎng)并聯(lián)有效的供電給用戶。

1　太陽能光伏模塊分析方式

（1）通常太陽能常規(guī)性測試條件會被定義成二十五攝氏度的太陽能電池溫度，太陽能輻射量是在1000瓦m2左右以及其對應空氣質(zhì)量應該是在1.5大概，可以說太陽能相關(guān)模塊系數(shù)均是基于常規(guī)測試條件之下再經(jīng)由太陽能模塊板所提供的能量。

（2）現(xiàn)階段所應用的對應光伏電池等效率電路實際運用及操作是要依據(jù)對應要求功率級別以及其電壓級別，從而把不同光伏電池實行一定程度的串聯(lián)，再構(gòu)成光伏模塊以及非常整齊的隊列。光伏電流對應數(shù)值應該比其光伏電池所受電面積大，并且其對應的光照強度也較大。光伏電流所輸出的負荷電流是其對應的暗電流，其相關(guān)開路電壓是外負荷電流，對應的串聯(lián)電阻是其分流電阻。如圖1所示，光伏電池等效電路模型簡示圖。

2　太陽能光伏的模塊特征曲線

2.1I-V曲線

光伏模塊的對應電流及電壓曲線之間的光伏模塊較大輸出功率均是采用長方形來表示的，在其對應的拐點位置相關(guān)電壓以及電流和為其最大功率位置。若是其光伏模塊在運作時，其相關(guān)最優(yōu)化電流以及電壓可以合理的為其對應負荷提供最大功率，利用填充數(shù)據(jù)對其最大的功率，和其太陽能光伏模塊對應開路電壓及短路電流展開實際性描述，把其定義的最大功率標記為相關(guān)覆蓋面積及對應面積乘積比值。在光伏模塊設計時應該重點考慮其填充參數(shù)。如圖2所示，光伏模塊I-V曲線簡示圖。

2.2R-V曲線

光伏模塊的內(nèi)部阻抗計算表達是為：

太陽能光伏模塊內(nèi)部往往會存在著內(nèi)部阻抗以及電流的對應曲線特征，若是在光伏模塊電壓是對應的最優(yōu)電壓時，這時光伏模塊內(nèi)部電阻可以說是最大的；若是及對應的負荷電阻進行匹配可以達到大功率傳輸。在對應光伏電壓超出模塊的內(nèi)部傳輸功率，那么其模塊內(nèi)部的對應阻抗會降低，若是其對應模塊是處在開路情況下，這時的模塊阻抗是最小的。因此其對應光伏模塊R-V曲線是最關(guān)鍵的光伏模塊設計曲線。

3　仿真分析

（1）再展開光伏模塊仿真分析時應該將其對應光伏模塊光照及電池溫度分別模擬，并使用對應電流表對相關(guān)模塊電流實行一定程度輸出，再用電壓表將其電壓進行測量，分別使用電壓及電流乘法器來展開模擬功率顯示，光伏模塊仿真應該使用輸入口對應電壓展開數(shù)據(jù)掃描，再進行光照強度以及溫度不定的模擬，進而能夠充分的分析出處在不同強度光照之下的對應光伏模塊相關(guān)電流輸出會隨著電壓的改變而改變。

（2）電壓的相關(guān)端口設計應該把對應電壓設置在25伏，再對其相關(guān)的電壓展開深層掃描，促使其電壓可以從400伏持續(xù)增長至1000伏，這樣能夠得到光伏模塊同一溫度及光照之下的相關(guān)電流及輸出功率對應特征。

（3）伴隨著對應光照的提升其輸出電流以及功率也在持續(xù)的提升，最大的功率也實現(xiàn)了最大數(shù)值。輸出的對應電壓從零持續(xù)升到最大，在其輸出的電流不變時所輸出的功率會隨著對應電壓的變化而變化，若是其輸出電壓處于最大數(shù)值則其功率會逐漸的降低。（4）在設計其相關(guān)電壓端口時應該把對應電壓設置為1000伏，并對其輸入端口相關(guān)電壓實行設計，在接下來就是要掃描其對應參數(shù)，促使其對應電壓在最小值增長到最大數(shù)值，以得到光伏模塊同一溫度及光照下對應電流以及其功率特征。

4　結(jié)語

本文的光伏模塊數(shù)學模型仿真是基于太陽電池的對應溫度及光照強度為其變量，來呈現(xiàn)的高度非線性函數(shù)，來合理的計算出光伏模塊對應電氣特征。其相關(guān)的短路、開路電流，還有電流溫度相關(guān)數(shù)據(jù)以及電路電壓溫度數(shù)值，在常規(guī)測試條件之下的對應定額數(shù)據(jù)，還要合理的考慮不同溫度及光照之下的光伏特性干擾，這些對光伏模塊特性掌握都是十分關(guān)鍵的，特別是規(guī)模不大的電壓區(qū)域上的變頻器設計，這時就極為需要光伏模塊電壓特性，才能實現(xiàn)較為合理的計算以及方針技術(shù)，能夠充分的實現(xiàn)最大化轉(zhuǎn)化成果。

對于時常運用的光伏電池等效率電路的運用以及操作是務必要依據(jù)其對應要求功率級別及電壓級別，充分的把不同光伏電池實行一定程度的串聯(lián)，進而構(gòu)成光伏模塊以及較為整齊的隊列。在這過程中對應的光所生成的電流數(shù)值會比光伏電池受電面積大，并且其光照的強度也是較大的。

電壓的端口設計應該把對應電壓設置為25伏，在將其電壓實行深層掃描來促使其電壓在400伏升至1000伏，這樣就可以得到光伏模塊同一溫度及光照條件之下的對應電流以及輸出功率特性。

[1]沈重.對太陽能光伏電站設計影響因素的分析[J].黑龍江科學,2013(10).