【正文】 用于計算機(jī)、通信、工業(yè)加工和航空航天等領(lǐng)域。光伏電池轉(zhuǎn)換效率低成為光伏系統(tǒng)的一個主要問題。光伏電池的輸出受到電池表面溫度、日照強(qiáng)度等外界環(huán)境因素的影響，且具有明顯的非線性。2．5 小結(jié)太陽能作為綠色能源，取之不絕、用之不盡。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。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。2．4光伏電池的仿真實現(xiàn)2．4．1仿真模型2．4．2 光伏電池的特性分析(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。C）。C)NOCT(NOrmal OPerating Cell TemPerature)45177。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Pmax75（W）額定電流Im17（A）額定電壓Vm（V)短路電流Isc(A)開路電壓Voc(V)短路電流溫度系數(shù)(mA/176。據(jù)此可以得到光伏電池模組的輸出特性方程： （25）其中,np、ns分別為模組中光伏電池的并聯(lián)、串聯(lián)個數(shù)。光伏電池串聯(lián)組合可以提高太陽能發(fā)電系統(tǒng)的最高輸出直流電壓；光伏電池并聯(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。19K1短路電流的溫度系數(shù)A/Kλ日照強(qiáng)調(diào)W/m178。 （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AV光伏電池輸出電壓VIOS光伏電池暗飽和電流AT光伏電池表面溫度KK波爾茲曼常數(shù)J/K10175。在發(fā)電效率上，似乎輸出電流對輸出功率的影響程度會較大，加上影響開路電壓的因素除了Rsh外還包括二極管的電流值，因此Rs對光伏電池的發(fā)電效率的影響較為明顯。由圖21中電流的流向可得光伏電池的輸出特性方程： （21） （22） （23）。接通外電路，只要保持光照，就會有電流不斷地流過負(fù)載R，這個效應(yīng)就是光伏效應(yīng)，是光伏電池的基本原理。當(dāng)光生電流，：和正向電流JF大小相等時，對應(yīng)一定的勢壘高度(％一y)。于是在P區(qū)和N區(qū)間建立光生電動勢，它的方向與內(nèi)建電場相反。 光伏電池的工作原理光伏電池是不加偏置的PN結(jié)器件，當(dāng)入射光子能量hv≥E時，半導(dǎo)體中原子就因吸收光子能量而產(chǎn)生電子——空穴對。擴(kuò)散運動和漂移運動共存，在一定的溫度和光照下，這兩種作用相互矛盾又相互聯(lián)系的統(tǒng)一在一個整體內(nèi)，最后達(dá)到平衡，這就是PN結(jié)的形成過程。這種載流子在勢壘電場作用下的運動成為漂移運動。勢壘電場的建立反過來又對上述多數(shù)載流子（N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴）的擴(kuò)散運動起阻礙作用。在擴(kuò)散作用下，N區(qū)的一部分電子進(jìn)入P區(qū)，P區(qū)得一部分空穴進(jìn)入N區(qū)，結(jié)果在交界面附近，P區(qū)一邊因失去了帶正電的空穴和接受了帶負(fù)電的電子，呈現(xiàn)負(fù)電性；N區(qū)一邊因失去帶負(fù)電的電子和接受了帶正電的空穴，而呈現(xiàn)正極性。 PN結(jié)簡介當(dāng)導(dǎo)電類型不同的P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體緊密接觸在一起，在交界面上就會出現(xiàn)電子和空穴的濃度差，N區(qū)電子濃度高，P區(qū)空穴濃度高，電子和空穴都要從濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散。光伏電池就是利用半導(dǎo)體光伏效應(yīng)制成的，它是一種能將太陽能輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的轉(zhuǎn)換器件。主要由一些有機(jī)的光電高分子材料構(gòu)成的光伏電池。主要有硫化鎘光伏電池和砷化鎵光伏電池，硫化鎘分單晶或多晶兩種，它常與其他半導(dǎo)體材料合成使用。由于在這種材料中的正、負(fù)電荷有一部分會因為晶體晶界連接的不規(guī)則性而損失，所以不能全部被PN結(jié)電場所分離，使之效率一般要比單晶硅光伏電池低，但多晶硅光伏電池成本較低；非晶硅材料基本被制成薄膜電池形式，其造價廉價，但光電轉(zhuǎn)換效率比較低，穩(wěn)定性也不如晶體硅光伏電池，目前主要用于弱光性電源，如手表，計算器等的電池。包括單晶硅光伏電池、多晶硅光伏電池和非晶硅光伏電池。指在兩側(cè)涂有光活性半導(dǎo)體膜的導(dǎo)電玻璃中間加入電解液而構(gòu)成的光伏電池。指將兩種對光波吸收能力不同的半導(dǎo)體材料疊在一起構(gòu)成的光伏電池。指利用薄膜技術(shù)將很薄的半導(dǎo)體材料鋪在非半導(dǎo)體的襯底上而構(gòu)成的光伏電池。指用金屬和半導(dǎo)體接觸組成一個“肖特基勢壘”的光伏電池（又稱為MS光伏電池）。指在不同禁帶寬度的半導(dǎo)體材料相接的界面上構(gòu)成一個異質(zhì)PN結(jié)的光伏電池。指在相同的半導(dǎo)體材料（除了其中含有少量的雜質(zhì)外）上構(gòu)成一個或多個PN結(jié)的光伏電池。2．1光伏電池的分類光伏電池多用半導(dǎo)體固體材料制造，也有用半導(dǎo)體加電解質(zhì)的光化學(xué)電池，發(fā)展至今也已種類繁多，無論采用何種材料生產(chǎn)光伏電池，他們對材料的一般要求是：半導(dǎo)體材料的禁帶不能太寬；要有較高的光電轉(zhuǎn)換效率；材料本身對環(huán)境不造成污染；材料便于工業(yè)化生產(chǎn)，而且材料的性能要穩(wěn)定。可以說在電池行業(yè)中，最沒有污染、市場空間最大的應(yīng)該是光伏電池。太陽能光伏電池因為實現(xiàn)了直接將太陽能轉(zhuǎn)化為電能而受到世界各國的重視。第二章 光伏電池特性的研究太陽能發(fā)電是提供新能源和減少環(huán)境污染的有效手段之一。模型還需考慮工作溫度、太陽輻射強(qiáng)度、太陽電池串并聯(lián)數(shù)、太陽電池模塊參數(shù)對太陽電池陣列的影響。考慮到太陽能的波動性和隨機(jī)性對太陽電池陣列的影響，該模型具有最大功率點跟蹤(MPPT)功能。太陽能光伏應(yīng)用的日益普及、太陽電池的高度非線性和價格相對昂貴更加速了人們對這一問題的研究。太陽電池陣列的開路電壓和短路電流在很大程度上受日照強(qiáng)度和溫度的影響，系統(tǒng)工作點也會因此飄忽不定，這必然導(dǎo)致系統(tǒng)效率的降低。所有光伏系統(tǒng)都希望太陽能光伏陣在同樣日照、溫度的條件下輸出盡可能多的電能，這也就在理論上和實踐上提出太陽能光伏陣的最大功率點跟蹤(MPPT，Maximum PowerPoint Tracking)問題。然而，由于太陽能的波動性和隨機(jī)性，聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能波動很大。最終達(dá)到基于MATLAB/SIMULINK，實現(xiàn)恒定電壓法、擾動觀察法、改進(jìn)擾動觀察法等算法，并比較其優(yōu)劣的目標(biāo)。當(dāng)外界因素發(fā)生變化時，利用光伏發(fā)電最大功率跟蹤實時跟蹤光伏方陣的最大功率點，使得光伏方陣能以最大的功率輸出，可以提高系統(tǒng)的輸出。在對電力電子進(jìn)行仿真過程中，主要用到了simulink里的特殊工具庫——電力系統(tǒng)模塊，它專門用于解決電路、電力電子、電機(jī)等系統(tǒng)的仿真和分析，功能十分強(qiáng)大。它提供了一種圖形化的交互環(huán)境，只需用鼠標(biāo)拖動的方法便能迅速地建立起系統(tǒng)框圖。Simulink(Dynamic System Simulation Software)是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包。根據(jù)不同的應(yīng)用場合與性能要求可選擇不同的方法。1．2．2 最大功率點跟蹤光伏電池有著非線性的光伏特性，所以即使在同一光照強(qiáng)度下，由于負(fù)載的不同而輸出不同的功率，將其直接與負(fù)載相連是很不明智的，一般來說都采用一個變換裝置，使太陽能的輸出功率保持在它所能輸出的最大狀態(tài)，再使它向負(fù)載供電，即所謂的最大功率跟蹤器。除了直接的經(jīng)濟(jì)效益以外，太陽能發(fā)電還有很多間接優(yōu)點。光伏電池將吸收的光能轉(zhuǎn)換成電能且通過供電控制器供給負(fù)載用電。目前我們通常使用的光伏電池效率在15%左右，即使世界上最先進(jìn)技術(shù)的光伏電池在特殊的實驗條件下也只能達(dá)到40%，因此光伏電池最大功率跟蹤就變得十分重要，所以長期以來都是學(xué)術(shù)界研究的熱點。因此我們可以看出光伏電池的設(shè)計有著廣闊的前景和意義。太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿惹鍧嵞茉匆阎饾u受到了人類的重視，而這其中，太陽能無疑處于最突出的地位，世界各國都投入大量的人力、物力、財力爭相發(fā)展。 主電路工作原理...................................................................................................19 、電感電流和負(fù)載電壓仿真圖......................................................................19第四章 最大功率點跟蹤算法的研究 21 4．1 光伏系統(tǒng)的最大