太阳能电池的仿真模型设计和输出特性研究

太阳电池的仿真模型设计和输出特性研究介绍。

第２９卷第１０期

电力自动化设备

Ｖ０１．２９Ｎｏ．１０

太阳能电池的仿真模型设计和输出特性研究

任航．叶林

（中国农业大学信息与电气工程学院，北京１０００８３）

摘要：在考虑了光照强度和电池温度２种因素对太阳能电池技术参数和输出特性影响的基础上，采用了太阳能电池的实用化数学模型．在电力系统电磁暂态软件平台ＥＭＴＰ／ＡＴＰ上利用ＭＯＤＥＬＳ语言和ＴＡＣＳ功能搭建了太阳能电池的通用仿真模型。该模型的功能主要是通过改变短路电流．开路电压，最大功率点电流、电压等太阳能电池板的技术参数．研究不同型号太阳能电池板的伏安特性和功率特性。并针对３组不同光照强度和电池温度．对太阳能电池板的伏安特性和功率特性进行了仿真研究。研究结果表明：随着光照强度的减小．太阳能电池板的最大输出功率也减小；随着电池温度的减小。太阳能电池板的最大输出功率呈上升态势。

关键词：太阳能电池；伏安特性；功率特性；电磁暂态仿真软件；ＭＯＤＥＬＳ语言；ＴＡＣＳ功能

文献标识码：Ａ中图分类号：ＴＭ６１５文章编号：１００６—６０４７（２００９）１０—０１１２—０４

模拟。在恒定光照下。一个处于工作状态的光电池，

０引言

光伏发电是根据光生伏特效应原理．利用太阳

能电池将太阳光能直接转化为电能。太阳能电池在无外加电压时．光照引起的载流子迁移会在Ｐ—Ｎ结两端产生光生电动势，即光伏效应。载流子迁移形成自Ｎ区向Ｐ区的光生电流．光生电动势相当于在Ｐ—Ｎ结两端加正向电压．从而在内部产生正向电流。在Ｐ—Ｎ结开路时．光生电流和正向电流相等时达到稳定态．在Ｐ—Ｎ结两端建立起稳定的电势差，这就是光电池的开路电压。如果将Ｐ—Ｎ结与外电路接通．在光照时就会有电流通过电路，此时Ｐ—Ｎ结相当于一个电流源：¨。

由于太阳能电池吸收光能的效率受外界条件的影响比较严重．因此建立通用的太阳能电池模型来研究外界条件对太阳能电池输出特性的影响。太阳能电池的理论模型已经比较成熟．但是，电力系统仿真分析软件平台中还没有通用的太阳能电池模型。

电磁暂态软件ＥＭＴＰ／ＡＴＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏ—Ｍａｇｎｅｔｉｃ

Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ

Ｐｒｏｇｒａｍ／Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ

Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ

Ｐｒｏｇｒａｍ）【２１

其光电流厶不随Ｔ作状态而变化，在等效电路中，可把它看作恒流源．光电流一部分流经负载．在负载两端建立端电压Ｕ．反过来它又正偏于Ｐ—Ｎ结．引起一股与光电流方向相反的暗电流，ｄ。引入串联电阻尺。和并联电阻尺小，形成一个较为接近实际的简化等效电路，如图ｌ所示。

图１光伏电池的等效电路图

Ｆｉｇ．１

Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ

ｃｉｒｃｕｉｔｏｆＰＶ

ｃｅｌｌ

如图ｌ所示．由太阳能光伏电池等效电路可得出公式【３】：

（１）

式中，为光伏电池的输出电流；氏为光生电流；厶

为流过内部并联电阻尺小的电流。站干ｌａ奄

，ｄ＝厶（一‘¨皿’７似‘ｎ—１）（２）

式中厶为二极管反向饱和电流（其数量级为１０ｒ４Ａ，

，＝如一，ｄ一厶

是广泛使用的电力系统分析软件平台。本文利用ＡＴＰ中ＭＯＤＥＬＳ语言和ＴＡＣＳ（ＴｒａｎｓｉｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＳｙｓｔｅｍｓ）功能对太阳能电池模型进行建模．进

而通过仿真分析深入研究太阳能电池的技术参数对其输出特性的影响。

Ｃｏｎｔｒｏｌ

１太阳能电池模型的建立

１．１

一般取，ｏ＝８×１０“Ａ）；Ｕ为负载端电压；ｋ为玻耳兹曼常数；尺。为串联电阻；ｒ为绝对温度；Ａ为Ｐ—Ｎ结的理想因子．当温度Ｔ＝３００Ｋ时。取值２．８；口为电子电荷。对式（１）中的气有

基于物理概念的数学模型的建立

太阳能电池的工作状态．可用一个等效电路来

收稿日期：２００９—０３—２６；修回１３期：２００９—０４—１２

厶：芝粤

Ⅱ｜ｌｌ

（３）

基金项目：国家“十一五”科技支撑计划研究项目（２００６ＢＡＪ０４８０３）：

教育部新世纪优秀人才资助计划（ＮＣＥＴ一０８—０５４３）：教育部科学技术重点研究项目（１０９０１７）

式中Ｒ幽为并联电阻。

将式（２）（３）代入式（１），可得光伏电池输出电流

万方数据

太阳电池的仿真模型设计和输出特性研究介绍。

第１０期

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任航．等：太阳能电池的仿真横犁设计和输ｆ｝｛特件研究

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表达式［４］为

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