matlab仿真条纹光照阴影,正常光照条件下全工况光伏阵列通用Matlab/Simulink仿真模型...
一引言进入新世纪以来,太阳能光伏发电作为一种可再生清洁能源成为低碳趋势下各国研究的热点,世界范围内的光伏电池产量及光伏系统装机容量也都在迅速增长。光伏系统设计与分析需将不同环境状态下光伏系统的输出特性作为参考,制造商所提供的技术文件通常只包含特定条件(如标准测试状态,辐照度G=1000W/m2,太阳电池温度T=298K,大气质量AM=1.5)下光伏组件的输出特性,物理实验既需要实验台的搭建又受到测试时间及条件的限制,难以得到光伏组件在全工况下的输出特性。而仿真环境下能快速而容易地获得不同工况下光伏组件的输出特性,仿真模型能提供足够准确数据,并且没有物理实验的诸多限制,因此,光伏模型的建立一直受到国内外研究者的关注[14]。常用的光伏电池模型有四参数太阳电池模型[5,6]、五参数太阳电池模型[6,7]及双二极管光伏电池模型[8]。其中四参数模型结构简单、求解快速,但准确度较低,在低光照情况下会出现较大误差。双二极管模型在五参数模型的基础上增加一个二极管用以表征载流子在耗散区的复合损失,该模型能全面表征光伏电池特性,但所需求解参数为七个甚至更多,这使其求解极为困难,通常需进行若干假设减少所需求解参数才能对其求解。五参数模型因其准确度高并且求解速度适中而成为太阳电池模型中使用最广泛的经典模型,这种太阳电池模型含有等效串联电阻、二极管反向饱和电流、光生电流、二极管理想因子和等效并联电阻五个待解参数,确定这五个待解参数后,就可根据五参数模型得到光伏电池的输出特性曲线,进而对太阳电池性能进行分析。国内也有许多研究人员建立了太阳电池的工程用数学模型[3,9],但由于这些模型通常忽略了光SOLARENERGY11/2013太阳能SOLARENERGY32伏电池的等效串联电阻和等效并联电阻,使得其模型与实际模型偏差很大,再加上求解时所作的假设使模型的精确度不高,通常只能控制在6%以内。本文基于光伏制造商提供的技术文件来提取计算用初始参数,采用五参数模型得到光伏阵列特性曲线。该模型所需初始参数均可简单直观地从制造商的文件中获取,同时避免了如文献[4]、[7]中提取短路电流点斜率与开路电压点斜率这两个难以准确提取的参数,以避免因其参数提取不准而造成模型准确度下降。该模型在太阳电池及参考状态的基础上进行了太阳电池到光伏阵列、参考状态到全工况运行状态的扩展,使其具有广泛的适用性。本文基于该五参数模型在Matlab/Simulink平台中建立了模块,然后通过仿真实验与文献[5]中建立的四参数模型进行对比,验证了该模型的准确性及通用性。二光伏阵列仿真模型的建立1太阳电池仿真模型五参数光伏模型等效电路如图1所示。图1五参数光伏模型等效电路图数学表达式为:I=Iph-ID-IRp=Iph-I0[exp()-1]-(1)式中,Iph为太阳电池的光生电流,A;ID为通过二极管的电流,A;Iph为通过并联电阻的电流A;I0为二极管的反向饱和电流,A;Rs为太阳电池等效串联电阻,;RP为光伏电池等效并联电阻,;n为二极管的理想因子;Vt=为太阳电池热电压,V,其中k为波尔兹曼常数,k=1.38110-23J/K,q=1.60210-19C为电子电荷量,T为太阳电池温度,K。为方便书写与计算,记N=nVt为修正二极V+IRsnVt管理想因子。本文采用太阳电池特性曲线上具有代表性的点来求解方程(1),以获得太阳电池特性曲线,这些点为某一环境状态下太阳电池的短路电流点(I=Isc,V=0)、开路电压点(I=0,V=Voc)和最大功率点(I=Imp,V=Vmp)。在短路电流点处:Isc=Iph-
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