基于MATLABSimulink光伏电池模型的研究

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基于MATLAB/Simulink光伏电池模型的研究

作者：章政杰

来源：《科学与财富》2013年第11期

摘要：提出一种以太阳能电池数学模型为基础，在MATLAB/Simulink环境下建立的光伏电池仿真模型。该模型与其他常用建模方法相比，该模型结构简化，易于操作，能更好的描述光伏阵列的电气特性。与传统方法相比，精度有所提高，为整个光伏系统进一步研究提供参考价值。

关键词：太阳能电池；数学模型；matlab

1引言

随着经济的发展，人口的增加，化石能源逐步消耗，能源危机问题日益严重。在这样的背景下，太阳能作为一种巨量的可再生能源，引起了人们的重视，各国政府正在逐步推动太阳能光伏发电产业的发展。但是，大多数的光伏发电系统都是基于经验公式进行设计的，为了对整个设计系统进行验证和优化，有必要研究适用于光伏发电系统工程设计应用的仿真模型。由于太阳能电池阵列是光伏发电系统的核心部件，所以在光伏发电系统中，对太阳能电池阵列仿真模型的研究至关重要。太阳能电池技术发展很快，目前比较成熟且广泛应用的是经归类的太阳能电池。在2009年，全球太阳能电池的产量为10231MWP，到2011年预计达到1.5GWP，比2010年增加50%。其中，单晶硅电池占43.86%，多晶硅电池占46.62%，薄膜电池占9.52%。国内外太阳能行业都在围绕提高太阳能电池的光转换效率和降低成本这两大目标开展研究工作。太阳能电池通过串并联组合成光伏阵列使用，但针对单个太阳能电池的模型往往很少，且无法应用于各种仿真和电力工程计算中。目前，多晶硅太阳能电池的实验室效率已超过17%，前景很好[1-2]。本模型以数据参考手册参数为基准，用到了厂商提供的多晶硅太阳能电池标准下的参数[3]。

本文从光伏电池数学模型入手，在MATLAB/Simulink的仿真系统中，建立了一种实用性较强的光伏电池模块仿真模型，该模型忽略了一些次要因素的影响，在不同太阳辐射强度和温度下模拟出太阳电池阵列的输出特性，为光伏系统研究提供了较有用的参考价值。

2 光伏电池特性

硅太阳能电池的特性可用一个等效电路来描述，如图1所示：

图1 太阳能电池等效电路

光伏串并联后的数学模型

1.光伏电池数学模型 单个光伏电池的I-U曲线是随光照强度，温度变化的非线性曲线，精确的等效电路模型如下： 由图1通过基尔霍夫定律可得 其中，等式右边第一项为恒流源，第二项为流过二极管的电流，第三项为并联电阻上的电流。R s 为光伏电池的内阻；R P 为光伏电池的并联电阻；I n为流过二极管的反向饱和漏电流；I SC为光伏电池的短路电流，在一定光照和温度下为一常量。 对公式求导

由公式可见，dI/dU <0 ,即在光伏电池的正常工作范围内，输出电流I随着输出电压U的增加而单调降低，具有一一对应关系，这是后面光伏电池组串并联特性分析的基础。 2.光伏电池的串并联 一般的光伏电池板东都是通过多块光伏电池以串并联的方式组成光伏阵列而工作。例如 假定光伏列阵各光伏电池的输出特性和内特性相同，则光伏阵列可看作：先由n个光伏电池并联成一组，然后再由相同特性的m个光伏电池组串联组成。 先考虑n个光伏并联的情况。并联的光伏电池具有相同的外工作电压，每一光伏电池的输出电流也是相同的，则总的输出电流为 由公式可见，多个光伏电池并联时的数学模型与单个光伏电池的相似，通过求导也可得出其总输出电流和输出电压的一一对应关系。

当m个光伏电池光伏电池串联而成光伏阵列时，由于每个光伏电池组具有相同的工作电流，则每组上的电压也相同。设总的输出电压为V，则得到总输出电流与输出电压的关系式 由此可见，光伏电池串并联后组成的光伏阵列也具有和单个光伏电池相似的输出数学模型，令D 则公式化为 一般的太阳能电池生产厂家都会给出一定温度下的开路电压，短路电流，最大功率点输出时的电流和电压等参数，则可以计算出I OD R1 R2 B等未知量。 多个太阳能电池板串联时，仍使用。 令V1=V+I0R1,则公式可化为 此公式是串并联光伏电池组的Matlab等效模型所依据的数学基础，其对应的串并联光伏电池组的等效电路图

2太阳能电池的数学模型

2太阳能电池的数学模型 太阳能电池的数学模型是太阳能电池模拟器系统设计的基础，本章从太阳能电池的工作原理、等效电路出发，详细介绍了太阳能电池数学模型的建模过程，给出了太阳能电池的数学模型，并且对该数学模型进行了仿真，证明了该数学模型的正确性，为下文提出六折线模型拟合太阳能电池的I-V特性曲线奠定了基础。 2.1太阳能电池的工作原理 通常所说的太阳能电池指的是太阳能电池单体，太阳能电池单体是一种能够利用光伏效应将太阳能直接转换为电能的半导体装置，它的转换效率一般可达百分之十五左右。它通常是由大量的PN结串联而成的，整体结构一般是由一个P型半导体作为底座，在上面刻入N 型薄膜，并且通过金属导线把PN结的两端引出。太阳能电池单体是最小的光电转换单位，输出电压和输电电流都很小，一般不可以直接作为电源使用。通常都是将一定数量太阳能电池单体通过串联构成太阳能电池组件来使用。太阳能电池组件的输出电压一般达到24V左右，24V的电压可用来为蓄电池充电，能够应用在各个系统和领域中。当需要进行大功率光伏发电系统时，可以把这些太阳能电池组件通过一定的形式串联或并联起来，形成太阳能电池阵列。太阳能电池阵列能够产生较大的功率，可以用在各个领域中。 太阳能电池发电的原理主要是半导体的光生伏特效应，也称为光伏效应。硅半导体结构如图2-1 a)所示，在图中，硅原子用正电荷来表示，硅原子四周的四个电子用图中的负电荷来表示。当向晶体硅中掺入其他的杂质，如硼、磷等就会形成一个个很小的PN结。当向晶体中掺入硼时，含有杂质硼的晶体硅的内部电子排列如图2-1 (b)所示。图中，硅原子用正电荷来表示，硅原子四周的四个电子用负电荷表示，而图中黄色的就表示掺入的硼原子，由于硼原子的外部只有三个电子，就会吸引硅原子的一个电子过来，这样就会产生如图中蓝色的空穴，这个空穴又会因为没有足够的电子而去吸引别的电子，这样就形成了P ( positive)型半导体。 同样的原理，如图2-1 (c)，当掺入的杂质为磷时，因为磷原子的周围有五个电子，磷原子与硅原子结合时就会多出来一个电子，多出来的这一个电子通常在晶体内部是很活跃的，这样就形成了N ( negative)型半导体。 如上面的分析，P型半导体内部含有多余的电子，而同时N型半导体内部含有多余的空穴，当这两种半导体材料结合在一起时，就会在交界处的区域内形成一个特殊的薄层，这个薄层就是PN结。PN结靠近P型半导体的这侧带负电，靠近N型半导体的这侧带正电。这是因为P型半导体内部含有多余的空穴，而N型半导体内部含有多余的电子，当二者结合在一起时就会出现电子和空穴的浓度差，这样就会出现P型半导体的空穴向N型半导体的这侧扩散，而N型半导体的电子向P型半导体这侧扩散，扩散的结果是P型半导体因为

PSIM 光伏电池板模型的使用介绍

PSIM9.0学习笔记1——光伏电池板模型的使用 今天看了看PSIM9.0里面的光伏板模型，顺带测试了一下，感觉非常简单实用，以后要做光伏这方面研究的童鞋就不用纠结怎么建光伏电池板的模型了，直接拿来用就可以了。1.光伏板模型就在PSIM9.0的elements-power-renewable energy里面，有两种，一种是物理模型的，一种是功能模块的，物理模型更接近于真实的板子，有两个输入，分别对应照度和温度，正负输出端，还有一个可以观测最大功率的接口，如下图所示 功能模块顾名思义就是只用来实现光伏板电池功能的模块了，只有正负端输出，只需要给定他的开路电压，短路电流，最大功率点电压和电流即可，那么在不要看光照温度影响的条件下可以简单的来用，如下图所示 我个人觉得要研究光伏电池特性，最大功率跟踪，以及更实际一点儿的研究的时候就用物理模块，而光伏板只是最为一个输入电压来看的话那就用功能模块应该就能满足了……当然我还没往后做，仅仅是感觉哈…… 同时PSIM9.0里面还有一个计算光伏板物理参数的工具，叫solar module，可以通过电池板的参数，也就是一般电池板所提供的最大功率，开路电压那些参数，计算出那些光伏板等效电路里面的诸如串联电阻、饱和电流，温度系数之类的值，同时能够看到该参数下的电流电压和功率电压关系曲线，方便我们使用物理模块时对参数进行设置，如上图所示 那么基于以上，我把我用的电池板参数填上去，用物理模块测试，同时光强由400-1000每200变化一次做了一下仿真，以下就是测试电路和测试波形。 输出波形 以上就是我刚对PSIM9.0里面的光伏板做的学习，当然只是很简单的学习并且用了一下，各位大侠们看了之后不要鄙视哈……如果有有错的或者理解不对的地方还请各位大侠帮忙指正！~~ 后续继续做MPPT实验和逆变器的实验，慢慢做，然后再发上来大家一起讨论学习哈

光伏发电的MATLAB仿真

一、实验过程记录 1.画出实验接线图 图1 实验接线图 图2 光伏电池板图3 实验接线实物图 2.实验过程记录与分析 （1）给出实验的详细步骤 ○1 实验前根据指导书要求完成预习报告 ○2 按预习报告设计的实习步骤，利用MATLAB建立光伏数学模型，如下图4所示。

图4 光伏电池模型其中PV Array模块里子模块如下图5所示。 图5 PV Array模型其中Iph，Uoc，Io，Vt子模块如下图6-9所示。 图6Iph子模块

图7Uoc子模块 图8 Io子模块 图9Vt子模块 ○3 在光伏电池建模的基础上，输入实际光伏电池参数值，研究不同光照强度下、不同温度下光伏电池的I-V、P-V特性曲线，并得出结论。 ○4 设计光伏电池测试平台，在不同光照、温度情况下测试光伏电池输出电压、输出电流值，对实测数据进行处理并加以分析，记录实际光伏电池的I-V、P-V 特性曲线，与仿真结果进行对比，得出有意义的结论。 ○5 确定电力变换电路拓扑结构，设计电路中的相关参数值，通过MATLAB搭 建电路并仿真分析，搭建电路如图10所示。

图10离网型光伏发电系统 ○6 确定系统MPPT控制策略，建立MPPT模块仿真模型，并仿真分析。 系统联调，调节离网型光伏发电系统的电路和控制参数值，仿真并分析最大功率跟踪控制效果。 （2）记录实验数据 m2 表1当T=290K时S=1305W/时的测试数据 I(A)0 1.03 1.25 2.65 3.79 5.97 6.287.867.98 U(V)27.326.226252421.516 1.10 P(W)026.98632.566.2590.96128.35100.488.6460 m2 表2当T=287K时S=1305W/时的测试数据 I(A)01 1.5 2.6 3.93 6.0 6.688.048.12 U(V)27.626.225.825.123.921.620.510 P(W)026.238.765.2693.93129.6136.948.040 m2 表3当T=287K时S=1278W/时的测试数据 I(A)0 1.04 1.49 2.25 3.66 6.06 6.737.98.06 U(V)26.826.22625.424.321.913.40.50 P(W)027.24838.7457.1588.94132.7190.18 3.950

光伏电池贴附模型

太阳能小屋设计 摘要 介绍了浙江省慈溪市天和家园住宅小区43kW．屋顶太阳能并网光伏发电系统的设计思路，以及系统的具体功能与配置，提出了设计中需要注意的问题及具体的解决方案。 包括：①光伏系统提供公用设施用电，在阴雨天时使用城市电网为公用负荷供电； ②光伏系统在小区内局部并网．不考虑将电能输入上级城市电网； ③太阳能电池组件方阵倾角确定为3O。，选用常州天合光能有限公司生产的TSM一175D型高效单晶硅电池组件。分析了组件分组串接原则，确定了布置方案；( 并网逆变器选择德国艾思玛(SMA)公司SMC6o(》0rIL型无变压器集中式逆变器和SB5o0仇1．型无变压器多组串逆变器；( 地下车库照明负荷曲线与日照曲线接近．因此选择地下车库照明和智能化设备用电为光伏系统负荷；⑥简介了防直击雷和防感应雷措施．以及选择电缆和设计支架时应考虑的因素；⑦监控系统选用SMA的Sunny Boy Control Plus产品。 关键词住宅小区并网光伏发电太阳能电池组件多组串逆变器1 项目简介 1．1天和家园住宅小区概况 浙江省慈溪市天和家园住宅小区占地面积64 788m2，总建筑面积13．4万m2。小区住宅整体布置方式为南北朝向，南北均无高大建筑物，无遮阴情况，日照充分。小区建筑住宅以多层为主，屋顶呈人字形，楼高22．2—22．86m。计划在天和家园2O号楼屋顶装设太阳能电池板，建住宅小区太阳能光伏发电示范电站。2O号楼目前处于在建状态，-屋顶可利用面积有：西侧平台，面积87m ；斜屋面，～7共7块，总面积(斜面)113．9m。；露台，厶一厶共5个，总面积233．44m 。 1-2设计要求 a．该项目有一定的公众影响力。美观与否非常重要，要求光伏电池组件的安装应保持屋顶的风格和美观，并与小区及周围环境相协调。 b．该光伏电站主要提供天和家园小区公用设施用电，包括：地下车库西区照明灯35．2kW，地下车库东区照明．灯21．4kW，智能化设备2kW等。要求在阴雨天气时，’应能使用城市电网为公用负荷供电。 c．光伏电站建设费用计入小区开发成本。建成后随小区移交物业管理，要求节省投资。维护管理方便。 2 光伏发电系统运行方式的选择 太阳能光伏发电系统的运行方式可分为两类。即：独立运行和并网运行[1]。 独立运行的光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置，主要用于无电网的边远地区。由于必须有蓄电池储能装置，所以整个系统的造价很高。 在有公共电网的地区。光伏发电系统一般与电网连接，即采用并网运行方式。并网型光伏发电系统的优点是可以省去蓄电池，而将电网作为自己的储能单元。由于蓄电池在存储和释放电能的过程中，伴随着能量的损失，且蓄电池的使用寿命通常仅为5～8年，报废的蓄电池又将对环境造成污染，所以，省去蓄电池后的光伏系统不仅可大幅度降低造价，还具有更高的发电效率和更好的环保性能，且维护简单、方便。在建筑密度很大的城市住宅小区中，能够安装太阳能电池板的面积有限，住宅小区屋顶光伏发电系统的容量通常远远小于其变压器的容量，即光伏系统的发电功率始终小于小区负载的功率，没有剩余电能送入上级城市电网[2】。 综合考虑，该光伏发电系统拟采用并网运行方式．并在小区内局部并网，不考虑将电能输入上级城市电网，系统原理图如图l所示。采取小区内局部并网3 系统设计

基于MATLAB的光伏电池通用数学模型

本文由qpadm贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第 25 卷第 4 期 2009 年 4 月 电 力 For personal use only in study and research; not for commercial use 科 学 与 For personal use only in study and research; not for commercial use 工 程 Vol.25, No.4 Apr., 2009 11 For personal use only in study and research; not for commercial use Electric Power Science and Engineering 基于 MATLAB 的光伏电池通用数学模型 王长江 For personal use only in study and research; not for commercial use （华北电力大学电气与电子工程学院，北京 102206）摘要：针对光伏电池输出特性具有强烈的非线性，根据太阳能电池的直流物理模型，利用 MATLAB 建立了太阳能光伏阵列通用的仿真模型。利用此模型，模拟任意环境、太阳辐射强度、电池板参数、电池板串并联方式下的光伏阵列 I-V 特性。模型内部参数经过优化，较好地反应了电池实际特性。模型带有最大功率点跟踪功能，能很好地实现光伏发电系统最佳工作点的跟踪。关键词：光伏电池；MPPT；I-V 特性中图分类号：TM615 文献标识码：A 引 言 1 光伏电池特性 随着化石能源的消耗，全球都在面临能源危机，太阳能依靠其清洁、分布广泛等特点成为当今发展速度居第二位的能源 [1] 。光伏阵列由多个单体太阳能电池进行串并联封装而成，是光伏发电的能源供给中心，其 I V 特性曲线随日照强度和太阳能电池温度变化，即 I=f ( V, S, T ) 。目前而厂家通常仅为用户提供标准测试的短路电流 I sc 、开路电压 Voc、最大功率点电流 I m 、最大功率点电压 V m 值，所以如何根据已有的标准测试数据来仿真光伏阵列在不同日照、温度下的 I V，P V 特性曲线，在光伏发电系统分析研究中显得至关重要 [2] 。文献 [ 3~4 ] 介绍了一些光伏发电相关的仿真模型，但这些模型都需要已知一些特定参数，使得分析研究有一些困难。文献 [ 5 ] 介绍了经优化的光伏电池模型，但不能任意改变原始参数。文献 [ 6 ] 给出了光伏电池的原理模型，但参数选用典型值，会造成较大的误差。本文考虑工程应用因素，基于太阳能电池的物理模型，建立了适用于任何条件下的工程用光伏电池仿真模型。

光伏电池的仿真及其模型的应用研究

光伏电池的仿真及其模型的应用研究 Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｏｌａｒ　Ｃｅｌｌ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ 陶海亮夏扬张宁扬州大学能源与动力工程学院，江苏扬州２２５１２７ 不论是太阳能发电系统还是风光互补发电系统，熟悉光伏电池的输出特性是设计新能源发电系统的基础和前提。根据光伏电池输出特性关系式，利用ＭＡＴＬＡＢ的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模块搭建了参数和工况可调的光伏电池模型，并运用该模型建立了具有最大功率跟踪（ＭＰＰＴ）功能的光伏发电系统的仿真模型，通过仿真结果可以更好地把握光伏电池的特性，为发电系统的设计和优化打好基础。 光伏电池；数学模型；仿真；最大功率跟踪

当电池

率比较

＠＠［１］苏建徽，于世杰，赵为．硅太阳电池工程用数学模型［Ｊ］．太阳能学报， ２００１，２２（４）＠＠［２］王阳元．绿色微纳电子学［Ｍ］．北京：科学出版社，２０１０＠＠［３］林渭勋．现代电力电子技术［Ｍ］北京：机械工业出版社，２００７ ＠＠［４］李炜，朱新坚．光伏系统最大功率点跟踪控制仿真模型［Ｊ］．计算机仿 真，２００６，２３（６） ２０１１－０９－２１ ＠＠［１］黄柯棣，张金槐，李剑川，等．系统仿真技术［Ｍ］．长沙：国防科技大学 出版社，１９９８ ＠＠［２］Ｊｏｓｅｐｈ　Ｎａｌｅｐｋａ，Ｔｈｏｍａｓ　Ｄｕｂｅ，Ｇｌｅｎｎ　Ｗｉｌｌｉａｍｓ　ｅｔ　ａｌ． Ｔｒａｎｓｉ ｔｉｏｎｉｎｇ　ｔｏ　ＰＣ－Ｂａｓｅｄ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ－Ｏｎｅ　Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ［Ｒ］，２００５，Ａ ＩＡＡ－２００２－４８６３＠＠［３］Ｔｈｅ　Ｍａｔｈｗｏｒｋｓ　Ｉｎｃ． Ｔａｒｇｅｔ　Ｌａｎｇｕａｇｅ　Ｃｏｍｐｉｌｅｒ　Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｇｕｉｄｅ［Ｍ］．２００４ ＠＠［４］刘德贵，费景高．动力学系统数字仿真算法［Ｍ］．北京：科学出版社， ２０００ ２０１１－０８－２５

光伏发电系统模型综述

光伏发电系统模型综述 摘要：为了对含光伏电源的电力系统进行各种仿真研究，必须建立准确的光伏发电系统数学模型。全面综述了包括光伏组件、逆变器及其控制系统的光伏系统数学模型，对整个光伏发电系统模型的研究现状进行了论述，总结了利用各元件模型建立系统模型的方法以及孤岛保护的研究现状及其建模方法，并对光伏发电系统模型的研究前景进行了展望。 关键词：光伏阵列；逆变器控制；最大功率点追踪；光伏发电系统；孤岛保护；光伏系统模型 0引言 准确的元件模型是进行电力系统仿真分析的基础。随着光伏电源接入系统比例的不断增加，光伏发电对电力系统的影响日益显现。因此，研究光伏发电对电力系统的影响日益迫切，建立能够准确反映并网光伏电源动态响应的模型是开展相关研究的基础。 并网光伏发电系统主要由光伏阵列、逆变器及其他并网环节组成，见图1。光伏阵列由光伏电池串并联组成，产生的电能通过逆变器和相应的滤波器输送到电网，在此过程中需要对逆变器和电能变换环节进行最大功率点追踪控制(maximum powerpoint tracking，MPPT)和逆变控制。MPPT控制的作用是保证光伏阵列始终工作在输出功率最大的状态，而逆变控制的目的是保证逆变器输出与电网电压同相的电流并尽量减小谐波输出。并网光伏发电系统出现孤岛状态时，即出现脱离了电网但仍可以向周围负载供电的状态，电网需令孤岛中的光伏发电系统退出运行，这就需要能够准确检测孤岛状态的保护系统。 本文分别对光伏阵列、MPPT控制、孤岛保护、逆变器控制以及整个光伏发电系统的模型进行分析，并对光伏发电系统模型研究进行展望。 1光伏阵列的建模 1.1光伏电池U-I特性模型 光伏电池的发电原理是光生伏打效应，一个光伏电池具有类似于二极管PN 结的结构。当光照射在电池上，PN结两端就会有电压产生，单独的光伏电池功率很小，所以光伏发电系统要将大量的光伏电池串并联，以构成光伏阵列。

光伏电池的建模与仿真

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/cc15772817.html, 光伏电池的建模与仿真 作者：吴洋张嫒嫒侯奎 来源：《科技视界》2017年第09期 【摘要】本文在光伏电池的等效电路模型的基础之上，推导了光伏电池的数学模型，在 工程允许条件下，简化数学模型，建立了光伏电池的简化模型，基于MATLAB/Simulink仿真平台，搭建光伏电池的仿真模型，完成了在不光照条件和不同温度条件下的仿真实验，结果验证了光伏电池简化数学模型正确性和有效性。 【关键词】光伏电池；数学模型；Simulink仿真 【Abstract】Based on the equivalent circuit model of photovoltaic cells， this paper deduces the mathematical model of photovoltaic cells， simplifies the mathematical model under engineering allowable conditions， establishes a simplified model of photovoltaic cells. Based on MATLAB/Simulink simulation platform， The simulation model of the battery is completed and the simulation experiment under the condition of non-illumination and different temperature is completed. The results verify the correctness and validity of the simplified mathematical model of the photovoltaic cell. 【Key words】Photovoltaic cells； Mathematical model； Simulink simulation 0 前言 随着全球的能源问题的日益严峻，人们必须走一条可持续发展的道路[1]。一方面保护环 境使其不被破坏，避免温室效益带来的灾难，而另一方面又要满足人类对化石能源的需求，这俨然已经成为了摆在人们面前的一道难题，因此，大力研究和发展新型清洁能源和可再生能源成为了当今世界能源研究的热门，也是能源发展的必经之路。而太阳能光伏发电具有发电过程简单、没有机械转动部件、不消耗燃料，不排放包括温室气体在内的任何物质、无噪声和无污染的优点。因此，光伏发电成为了国内外的研究热点。其中光伏电池作为太阳能光伏发电的核心，研究光电池的建模具有重要的意义。 1 光伏电池的等效电路模型 通常基于光伏电池的简化电路模型来推导其数学模型，并依照其数学模型搭建仿真模型，光伏电池的等效电路如图1所示。其中Iph为光生电流。而光伏电池面积大小和太阳光的辐照度会影响着Iph值。但当光照强度为零的情况下，光伏电池类似于一个二极管。Id为暗电流。光伏电池输出电流为IL，Voc为开路电压，但需注意的是，开路电压与光照强度有关而与电池面积无关。RL为负载电阻，Rs为等效串联电阻，Rsh为等效旁路电阻。它们均为光伏电池固有内阻，在理想光伏电池参数的计算时可以忽略不计。

光伏发电成本电价分析的数学模型

光伏发电成本电价分析的 数学模型 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

光伏发电成本电价分析的数学模型 史珺 上海普罗新能源有限公司光伏技术研究所 摘要：光伏发电从2005年进入产业化以来，成本不断降低。目前，我国国家发改委制定了1元/度的光伏发电的上网标杆电价。但许多投资者对于光伏发电的成本却感到难以分析，而不敢贸然投资。本文给出了光伏发电成本的数学分析模型，讨论了影响光伏成本电价的因素，如装机成本、日照时间、贷款状况、预期的投资回收期、以及运营费用等。并根据该模型对现阶段光伏发电的投资效益进行了一个投资分析。计算结果表明，在我国西北地区，按照1元/度的上网电价，目前投资光伏电站的投资回收期为10年。 关键词：光伏发电；成本；投资效益；数学模型 中图分类号：TK51 文献标识码：A ...... (前略） 光伏发电的成本，也就是每度电多少钱，不能简单地根据装机成本分析，它与如下五大因素有关： 1）装机成本、2）日照条件（年满负荷发电时间）、3）贷款状况（贷款利息和贷款在总投资的比例）、4）投资回收期（折旧年限）、5）运营维护费用。由于这五大因素每个因素都有其独立的变化性，相互的影响也十分明显。例如，同样的装机成本放在不同的地域、或者同样地域、同样的装机成本、但投资采用了不同的贷款比例，或者采用不同的折旧年限，等等，都会带来截然不同的光伏发电成本价格。 为了进行准确的光伏发电成本的测算，需要对于光伏发电的成本进行详细而科学的分析，这里，给出了一个光伏发电的成本电价的数学分析模型。 1发电成本构成 装机成本C ivs 装机成本就是一个光伏电站的总投入，它也是光伏电站公司的财务报表上的固定资产。由如下式构成：

数值建模与仿真-光伏电池

开发新能源和可再生清洁能源是21世纪世界经济发展中最具有决定 性影响的五项技术领域之一。充分开发利用太阳能是世界各国政府可持续 发展的能源战略决策，其中太阳能发电则最受瞩目。由于目前光伏电池板 转换效率比较低，为了降低系统造价和有效地利用太阳能，该论文对光伏 发电进行最大功率跟踪显得尤为必要。 本文针对如何提高太阳能光伏发电系统的转换效率，分别从工程数学 模型、matlab建模仿真方面对外界环境影响因素就行分析，同时对具有最 大功率点跟踪（MPPT）的控制器的原理进行了研究，并分析比较各测量方 法的优缺点。 Keywords: 太阳能发电；转换效率；MPPT；matlab建模仿真 Abstract The development of new energy and renewable clean energy is one of the five technologies have the most decisive influence in the development of the world economy in twenty-first Century. The full development and utilization of solar energy is the energy strategy of the governments of the world sustainable development, where the solar power generation is the most popular. Due to the current solar photovoltaic conversion efficiency is low, in order to reduce the cost of system and the effective use of solar energy, the pho- tovoltaic maximum power point tracking is particularly necessary. This article base on how to improve the conversion efficiency of solar photovoltaic power generation system, from the aspects of MATLAB modeling and simulation calculation of measurement results

太阳能电池数学模型的仿真与研究

太阳能电池数学模型的仿真与研究 发表时间：2019-10-24T14:44:41.537Z 来源：《基层建设》2019年第22期作者：朱志文 [导读] 摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，太阳能电池的应用也越来越广泛。 海南英利新能源有限公司海南省海口市 570100 摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，太阳能电池的应用也越来越广泛。太阳能电池是一种通过光电转换效应直接把太阳光转化成电能的装置，现在得到了人们越来越多的关注和应用。但是，由于太阳能电池的数学模型是非线性超越方程，人们求解不方便。针对这一问题，本文提出了一种不需要迭代算法的太阳能电池数学模型的求解方法，并通过实际仿真实验对本文算法的有效性进行了验证。结果表明，本文算法求解直接、有效，能满足工程求解的精度要求。 关键词：光伏电池；数学模型；输出特性；光照强度；温度 引言 太阳能电池的输出特性不仅与其内部参数有关，而且随外界温度和光照的改变而实时变化，因此建立通用的太阳能电池模型，研究光照强度和环境温度对太阳能电池输出特性的影响很有必要；此外，精确的光伏电池工程数学模型有利于对整个光伏发电系统进行优化设计，为微网的进一步研究提供一定的参考。 1电池样品的外观检查 电池上表面颜色应均匀一致，无机械损伤，焊点无氧化斑。电池上电极、电池底电极不应脱落。减反射膜不应脱落或变色。用游标卡尺及千分尺测量电池样品的外形尺寸及厚度。环境实验和光老炼实验前后均需要进行外观检查，并做相应的记录。 2太阳能电池数学模型及求解 由于太阳能电池具有半导体二极管特性，并且其输出电流I是方向相反的光生电流Iph和暗电流Id的叠加，因此其等效电路如图1所示（汪石农，陈其工，高文根，太阳电池最大功率点参数求解方法研究：太阳能学报，2018）。等效电路对应的太阳能电池I-V特性表达式如式（1）所示： 式中，V是太阳能电池的输出电压；Io是半导体二极管的反向饱和电流；q是电子电荷量；n是太阳能电池的理想因数；Ns是串联电池片个数；k是玻尔兹曼常数；T是太阳能电池温度；Rs是串行电阻，用来表征电极电阻及硅和电极表面之间的接触电阻；Rsh是并行电阻，用来表征PN结的漏电流。 图1太阳能电池的等效电路模型 从式（1）可以看出，等式两边都含有I，并且等式右边含有较为复杂的指数函数，因此式（1）为典型的非线性超越方程。目前，式（1）的求解大多数是通过牛顿迭代法或者引入LambertW函数的数值求解方法，其求解过程都较为复杂、不好理解。另外，图1中虚线框里面的电路为太阳能电池的理想电路模型，其中Iid和Vid是理想模型的输出电流和输出电压。则Iid和Vid之间的特性表达式如式（2）所示： 可以看出，式（2）仅是一般的指数方程，其求解通过一般的数学软件就可完成。另外，对图1应用基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律（KVL），还可以写出Iid、Vid和I、V之间的关系，如式（3）和（4）所示： 因此，对太阳能电池数学模型的求解，可以先用数学软件对式（2）进行求解，得出Iid和Vid之间的关系曲线，然后通过式（3）和（4）就可以得到I和V之间的关系曲线，从而达到对太阳能电池数学模型求解的目的。这种求解方法避开了对式（1）的直接求解，也就避开了复杂的牛顿迭代算法或LambertW函数的数值求解。 3考虑光强和温度影响的工程模型 太阳能电池I-V特性曲线与日射强度和电池温度有关。通常地面上日射强度S的变化范围为（0～1000）W/m2，太阳电池的温度变化较大，可能从（10～70）℃。按标准，取Sref=1000W/m2，Tref=25℃为参考日射强度和参考电池温度。当日射强度及电池温度S （W/m2）、T（℃）不是参考日射强度和参考电池温度时，必须考虑环境温度条件对太阳电池特性的影响。设T为在任意日射强度S及任意 环境温度Tair下的太阳电池温度，根据大量实验数据拟合后，下式被证明具有工程意义上足够的精度 （5）式中K可由实验测定之T（S）直线的斜率确定。对于常见的太阳电池阵列支架，可取 通过对参考日照强度和参考电池温度下I-V特性曲线上任意点（V，I）的移动，得到新日照强度和新电池温度下的I-V特性曲线上任意点（V′，I′）

离网型光伏发电系统实验报告

新能源技术课程设计实验报告 姓名： 专业： 指导教师： 辅助教师： 完成日期：

一、 实验过程记录 1. 根据光伏电池的等效电路，利用仿真软件搭建光伏电池数学模型 （1）I ph 数学模型及参数设置 按照原理算式如下 ref ref ref S S T T I I ] [,sc ph ）（-+=α （1） 在MATLAB 中建立模型，从Simulink 元件库中拉取inport 、sum 、gain 、product 、outport 等原件，并按照原理搭建合适模型并封装。如图1所示。 图1 I ph 数学模型图 通过参考实验时所运用的太阳能电池板的参数其中参数设置T ref =298K ，S sef =1000W/m 2，α=0.06/1，I sc,ref =8.30/1A 。 （2）U oc 数学模型及参数设置 根据原理中U oc =V oc,ref +β×(T -298)可在MATLAB 中建立模型，从Simulink 元件库中拉取inport 、constant 、sum 、gain 、outport 等原件，并按照原理搭建应有模型并封装。如图2所示。 图2 U oc 数学模型图 通过参考实验时所运用的太阳能电池板的参数其中参数设置：V oc,ref =29.5/1V ，β=-0.33/1。

（3）I d 数学模型及参数设置 可在gain 、product 、图3 I d 数学模型图 通过参考实验时所运用的太阳能电池板的参数其中参数设置：A =5，K =1.38×10-23J/K 。 （4）输出I 数学模型及参数设置 根据原理公式 ]1)) (( ex [ph -+-=AKT N IR V q p I N I N I s s O P p （3） 可在MATLAB 中将以上封装好的模块拼装成合适的仿真模型。如图4所示。 U I 图4输出I 数学模型图

光伏电池模型

一、 光子在光伏电池中激发的电流I SC )]([ ref TMP ref ref SC SC T T J G G I I -+= SCref I ref T ref G TMP J G T 标准测试环境下光伏电池的短路电流 标准测试环境温度，取 25 ℃ 环境温度为ref T 时的辐照度，取1000 W/m 2； I SC 的温度系 数 辐照度， W/m 2 本体温度， ℃ 二、通过 pn 结的总扩散电流 I d ]1)[exp(0-+=T S d nV IR V I I I 0 V T n 二极管饱和电流，A 热势差，V 二极管理想因子 V T 表达式为： C T N q K T V )273 (+= K q N C 玻尔兹曼常数，1.38×10-23J/K 单位电荷，1.6×10-19C 光伏组件中光伏电池的数量,个

则 }1])273 () ({e x p [ *0-++=T nK N IR V q I I C S d 三、通过电阻R sh 的电流I sh sh S sh R IR V I += 最后光伏电池理论计算模型为 sh S T S SC sh d SC R IR V nV IR V I I I I I I +- -+-=--=}1]{exp[*0 （1） A 、工程计算 工程计算方法以出厂参数为依据通过对上式作两个近似假设，即并联电阻Rsh 很大，串联电阻Rs 很小，将式(1)改写成 )]1)(exp( 1[21--=OC SC V C V C I I 其中参数C1、C2的求解利用最大功率点 V=Vm ，I=Im 和开路状态I=0，V=V oc 两个条件，及 1)exp(2>>OC V C V ,简化计算过程，得： OC m U U SC m I I I C ) (1-= 12)]1)[ln(1( ---=SC m OC m I I U U C 注：光伏电池的工程计算模型是描述标准测试条件下的特性曲线，一般工况需加补偿系数。 B 、理论模型计算方法 理论模型参数计算方法以上图为依据，对式（1）的参数不做理想假设，因此需要求出 I 0，R S ，R sh 三个未知参数的值。由式（1）可知三个未知参数无法用已知参数求解，因此采用迭代的算法。

基于计算机模拟技术的太阳能光伏发电系统数学模型的建立方法

基于计算机模拟技术的太阳能光伏发电系统数学模型的建立方法随着环境污染、能源危机等不断加剧，太阳能发电已日趋受到各国重视。本文利用计算机模拟技术对太阳能光伏发电系统仿真，提出太阳能光伏发电系统数学模型的建立方法。 1.太阳能光伏发电相关概述1.1 太阳能光伏发电定义阐释 太阳能光伏发电指的是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。 这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就构成光伏发电系统。太阳能是一种绿色无污染的清洁性能源，解决了火力发电的空气污染物排放问题。 1.2 太阳能光伏发电的发展 早在十九世纪四十年代，就出现了利用太阳能进行发电的方式。光伏电池也在二十世纪五十年代就出现，并在七十年代太阳能发电技术得到了广泛推行。在日本、美国等各发达国家，太阳能发电技术得到了应用推行，并在各国政策支持下进一步发展。目前中国也十分重视新能源领域，尤其是太阳能光伏发电的相关产业有些已经达到了国际先进水平。 1.3 太阳能光伏发电的特点 太阳能是可再生资源，从地理学角度来说，太阳能资源具有覆盖范围广泛的特点，并且能量巨大，相当于130万吨的煤进行燃烧所产生的能力。并且太阳目前正值活动旺盛时期，太阳能辐射时间据研究可持续十亿年之久。并且太阳能的利用方式简单，不需要进行采掘，直接收集辐射即可获取。太阳能在利用生产过程中不会产生多余污染，是一种绿色环保的新型能源。同时太阳能安全温和，不会导致工业事故发生。根据中国地理情况研究，在中西部地区接受阳光辐射量大，可利用太阳能进行光伏发电产业发展。 2.计算机模拟技术与太阳能光伏发电2.1 计算机模拟技术 计算机模拟是在科学研究中常采用的一种技术，特别是在科学试验环节，利用计算机模拟

光伏电池仿真

第一章光伏电池仿真 1.1单个光伏电池数学模型 其中I L 为电池发出的电流模型如下： I L "sc {1 ht (T -Tr)} I sc {1 6.4 10, (T -273)} ■ 100 I 。为微伏级，这里去 8e-4; 据此可以建立 Matlab 仿真模型(参考 PV Unit.mdl )，如图所示 [q(V 跟)] 、 V + |R 卄AKT -丫雀20 (V IR s )0.02 R sh 其中q=1.6 10J 9, k =1.38 10 23 , T 为光伏电池的工作温度取 300, A 为二极管的品 质因子(当T=330K 时，约为2.80_0.15 )在这里取2.8, _ I 0(e (V -IR s ) 13.8 -1)- V IR s R sh

X轴表示输出电压，Y轴表示输出电流。下图分别为输出电压，电流，功率。

1?2光伏电池并联模型 当光伏电池组使用 n p 并时数学模型为 将串并联整理得 A P 取新的并联电阻为： "R sh A S R sh = ； A P 取新的串联电阻为： J R S ", R 11 ； s 7 n p V I 壮 十取新二极管电流为： I d =l o n p (e A S -1^I O n p (e n -1) R (V 川 21)1.3.8 I L -I O n p (e np -1) R s n P _ I ，(V IR s )13.8 V IR s -1 O ( e 一 I 丿 R S h 使用n ,串时数学模型为 (V IR s ) 13.8 I "L 」o (e ns -1) V IR s A S _ R sh R sh n P =n p =n p I L I L I L -I 0 n p n p n p ri p V ：D l R s A s (p ! s )138 (e n s n p n V I R n (p S n s n p (e V U (—— (e I R s n n P n s )138 )138 -1) n p V I R s n R sh n , V I n p 一1)一 R sh ■ n n p -1)- V I R S A S n p Rh A S