【文章內(nèi)容簡介】 這些載流子在結(jié)區(qū)外考擴(kuò)散進(jìn)入結(jié)區(qū)，在結(jié)區(qū)內(nèi)在電場的作用下，電子漂移到 N區(qū)，空穴漂移到 P 區(qū)。使得 N區(qū)帶負(fù)電荷，P區(qū)帶正電荷，就產(chǎn)生了附加電動勢，這就 是光伏效應(yīng)。 5 P 電 場 N+ V h v 圖 光伏電池的工作原理 2． 2 光伏電池的電氣特性 2． 2． 1 光伏電池輸出特性方程 光伏電池 在原理上等效為一個 二極管 [4]，其等效電路如圖 。 圖 根據(jù)基爾霍夫電流定律 可得光伏電池的輸出特性方程： { e x p [ / ( ) ] 1 } ( ) /L G d s hL G s s s hI I I I RI I o s q A K T V I R V I R R????? ? ? ? ? （ 21） 3[ / ] e xp[ / ( 1 / 1 / ) ]GOI os I or T Tr qE B K Tr T?? （ 22） [ 1 ( 2 9 8 ) ] / 1 0 0 0L G S C RI I K T ?? ? ? （ 23） 其中公式中的參量 代表的具體意義 詳見表 。 通常情況下討論實際等效電 6 路時， 是 在 忽略 Rs或 Rsh的影響下進(jìn)行電路 分析 ，從上述公式中我們可以 發(fā)現(xiàn) ：電阻 Rs越大，短路電流會越小，但不會對開路電壓造成大的 影響；電阻 Rsh越大，開路電壓會變小，但不會 對 短路電流 造成大的影響 。 同時 ， 我們 可以發(fā)現(xiàn)輸出電流對輸出功率的影響程度 較大，加上影響開路電壓的因素除了 Rsh外還有流過 二極管的電流值，因此 R是影響光伏發(fā)電比較 重要因素。因此，在后面 的討論中 我們 將忽略 Rsh， 從而可以 得到簡化的光伏電池輸出特性方程如 下： { e xp [ / ( ) ] 1 }L G OS q AK T V I RsI I I ???? （ 24） 表 2． 1光伏電池等效模型參數(shù)解析 符號 描述 單位 數(shù)值 I 光伏電池輸出電流 A V 光伏電池輸出電壓 V IOS 光伏電池暗飽和電 流 A T 光伏電池表面溫度 176。 K K 波爾茲曼常數(shù) J/176。 K 10175。23 Q 單位電荷 C 10175。19 K1 短路電流的溫度系 數(shù) A/176。 K λ 日照強(qiáng)調(diào) W/m178。 ISC 標(biāo)況下光伏電池短 路 電流 A ILG 光電流 A EGO 半導(dǎo)體材料的禁帶 寬度 J 理想因子，一般介于 1和 2之間 Tr 參考溫度 176。 K Ior Tr下的暗飽和電流 A Rsh 光伏電池的并聯(lián)等 效電阻 Ω 7 Rs 光伏電池的串聯(lián)等 效電阻 Ω 2． 2． 2 光伏電池 與 光伏 陣列 的組成關(guān)系 光伏電池 組 (Module)是由許多小單位的光伏電池經(jīng)由并聯(lián)或串聯(lián)組合所組成的 [10]。；電池并聯(lián)組合可以提高太陽能發(fā)電系統(tǒng)的最高輸出直流電流。 而 電池串聯(lián)組合 的特點是 可以提高太陽能發(fā)電系統(tǒng)的最高輸出直 流電壓 因此， 合理的 對電池串、并聯(lián)交替組合可以得到期望的直流電 壓 或電 流 。 我們 可以得到光伏電池模組的輸出特性方程： { e xp[ / ( ) ] 1 }L G O S SI npI npI q nsASK V I R? ? ? ? （ 25） 上式中 ,np、 ns分別 代表 模組中并聯(lián)、串聯(lián) 光伏電池的 個數(shù)。同 理 ，光伏陣列是由許多小單位的模組 通過 并聯(lián)或串聯(lián)組合 而成的 。 表 2． 2 Siemens SP75在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的參數(shù) 電氣特性 規(guī)格 額定輸出最大功率 Pmax 75（ W） 額定電流 Im 17（ A） 額定電壓 Vm （ V) 短路電流 Isc (A) 開路電壓 Voc (A) 短路電流溫度系數(shù) (mA/176。 C） 開路電壓溫度系數(shù) （ V/176。 C) NOCT(NOrmal OPerating Cell TemPerature) 45177。 2(176。 C） 本文將以 德國 Siemens公司生產(chǎn)的 SP75型號的光伏電池為例子簡要討論光伏電池的特性， 表 該型號 模組的各項參數(shù)。它由 36個單結(jié)晶矽光伏電池串聯(lián)而成， ， 根據(jù)公式（ 25），得到該 型號 光伏電池模組的輸出特性方程： 1 ( 2 )1[1 ( 1 ) ]C V o cVSCI I C e? ? ? （ 26） 考慮溫度和太陽輻射影響時： 2( ) /( )1[ 1 ( 1 )OCV D V C VscI I C e D I?? ? ? ? （ 27） 其中： 8 r e f r e f S CR/ R D T +( R/ R ) IDI ?? ? ? ? （ 27） SDV DT R DI??? ? ? ? （ 27） refDT T T?? （ 210） 得到上式 后 用 SIMULINK對該光伏電池模組進(jìn)行仿真，并對仿真結(jié)果進(jìn)行 簡要的 分析 。 2． 3光伏電池的仿真實現(xiàn) 2． 3． 1仿真原理與模型 在公式（ 26）中有 C C2,下面對這兩個未知量 分別 進(jìn)行討論 [5]，分別建立模型。 1，求解未知量 C1 其中 2/( )m1 (1 I / ) m O CV C VscC I e ??? （ 211） 按公式（ 27）可以創(chuàng)建 C1的子模塊 圖 C1模型圖 2，求解未知量 C2 其中 m2 ( / 1 ) /{ l n( 1 I / ) }m oc scC V V I? ? ? （ 212） 按公式（ 28）可以創(chuàng)建 C2的子模塊 9 圖 C2模型圖 得到上式兩個未知量后 ，根據(jù)公式（ 26）即可實現(xiàn) 該型號 5光伏電池 模組的建模，如圖 。采用 V、 T、λ作為輸入， I、 P(輸出功率 P=IV)作為輸出。輸入變量 V在 0～ 30V之問，模擬溫度 T=25℃、日照強(qiáng)度 A在 200～ 1250W／㎡，得到光伏電池模組的， IV、 PV關(guān)系如圖 ；模擬溫度 T在 20～ l00℃、日照強(qiáng)度λ =750W／㎡時，電池模組的 IV、 PV的關(guān)系如圖 。 2． 3． 2 光伏電池的特性分析 光伏電池 是 利用太陽能發(fā)電，因此其 必然會 受到外界因素 的影響。其中最主要的因素是溫度、光強(qiáng) [4]。 從上面 的仿真結(jié)果可對 光伏電池的 特性進(jìn)行 簡要的分析。 分析結(jié)果如下： 從圖 ，當(dāng)溫度不變， 光強(qiáng)變大，光伏電池模組的開路電壓不變，短路電流增大，導(dǎo)致輸出功率變大。而且 ，從 P一 V曲線圖可以得出 ，最大輸出功率點 幾乎落在同一根垂直線的兩旁的附近處。結(jié)論是 當(dāng)溫度一定時，光伏電池輸出電壓保持恒定且為在 某一光強(qiáng) 下相應(yīng)于最大功率點處的電壓，則不管日照量如何變化，光伏電池可大致保持在該溫度下的最大功率輸出。 從圖 ，當(dāng)光強(qiáng)一定時，溫度增加，光伏電池開路電壓會下降，短路電流略有上升，輸出功率減小。而 且，從 PV曲線圖 可以看 出，對應(yīng)于溫度的變化， 最大功率點 幾乎成線 性變化。溫度的上升，會造成光伏電池輸出功率的減小，因此外界溫度環(huán)境 會直接影響到光伏電池的 工作 效率。 10 圖 圈 (25℃ )，不同日照強(qiáng)度下，光伏模組對日照量變化的特性曲線圖： (a)光伏模組的輸出電流與輸出電壓的關(guān)系圖； (b)光伏模組的輸出功率與輸出電壓的關(guān)系圖。 （ a） 11 （ b） 圖 (750W／㎡ )，不同大氣溫度下，光伏模組對溫度變化的特性曲線圖： (a)光伏模組的輸出電流與輸出電壓的關(guān)系圖； (b)光伏模組的輸出功率與輸出電壓的關(guān)系圖 （ a） 12 （ b） 從上面得到的已知的實驗圖形我們可以得出，光伏電池的特性具有明顯的 非線性，即： 光伏電池的輸出功率取決于電池的端電壓、 外界因素（溫度，光照強(qiáng)度） 。比較它們的曲線變化我們可以觀察到，隨著太陽 照射強(qiáng)度的增大，光伏組件的短路電流增加，同時最大輸出功率也增加 。另一方面，同時通過比較我們可以發(fā)現(xiàn)，隨著工作溫度的升高，光伏電池的 短路電流增加而最大輸出功率減小。 2． 4 小結(jié) 太陽能 由于其獨特的利用價值 。 利用光伏電池 將太陽能轉(zhuǎn)換為電能 。 而 光伏電池的輸出受到電池表面溫度、 光強(qiáng) 等外界環(huán)境因素的影響， 但輸出的 非線性 使系統(tǒng)必須做出改進(jìn) 。 為了最大化的利用太陽能，必須保證一定的轉(zhuǎn)換效率，克服外界因素的改變對系統(tǒng)的影響，我們采用最大功率點跟蹤的方法從而減少能源上的浪費 [8]。當(dāng)前有很多點跟蹤的方法，它們各有優(yōu)缺，如何根據(jù)具體環(huán)境具體選取跟蹤方法，這是本文下一章研究的重點 。 13 第三章 最大功率點跟蹤算法的研究 由于 太陽能 發(fā)電具有 安全、環(huán) 保、可持續(xù)性等優(yōu)越性 ，越來越來 受到人們的重視 ， 毫無疑問，其在未來的電力系統(tǒng)中占有不可比擬 的地位。在上 一章中 提出影響 光伏發(fā)電 效率的最大因素是 外界環(huán)境 的變化 ，溫度和光強(qiáng)的變化都可以導(dǎo)致輸出特性發(fā)生較大的變化。 同時，光伏電池具有轉(zhuǎn) 換效率 較 低、 成本昂貴， 初期投入較大 等客觀問題的存在 。因此， 提高光伏發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率是必然趨勢 ， 解決的途徑之一是在光伏電池與負(fù)載間加 最大功率點跟蹤裝置， 保證實時跟蹤最大功率點 [3]。 下面本文將介紹最大功率點跟蹤的基本原理及兩種常用的跟蹤方法。 3． 1 光伏系統(tǒng)的最大功率點跟蹤 由上一章的分析 可以得到在一