基于Matlab／Simulink的光伏電池仿真模型研究

摘要：介紹一種以輸出特性為基礎的光伏電池數學(xué)模型，該模型通過(guò)光伏電池的4個(gè)標準性能參數擬合出電池輸出特性，它能模擬光伏陣列在任意太陽(yáng)輻射強度、環(huán)境溫度下的輸出特性。最后，在Matlab／Simulink環(huán)境下建立光伏電池的仿真模型，將仿真結果與實(shí)測結果進(jìn)行對比，驗證該模型的準確性。
關(guān)鍵詞：光伏電池；輸出特性；Matlab／Simulink；數學(xué)模型

隨著(zhù)低碳經(jīng)濟和低碳技術(shù)的發(fā)展，太陽(yáng)能作為一種潔凈可再生能源已成為各國研究的熱點(diǎn)，各國政府也相繼出臺各類(lèi)政策支持太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的研究和發(fā)展。然而，由于其較高的研發(fā)費用和受實(shí)際環(huán)境因素限制，使太陽(yáng)能光伏技術(shù)的發(fā)展遠不能滿(mǎn)足社會(huì )發(fā)展需求。所以實(shí)驗室仿真分析成為光伏電池設計與研究的有效手段。本文在Matlah／Simulink的仿真系統中，基于光伏電池輸出特性的基礎上對光伏電池進(jìn)行建模，仿真結果表明，該數學(xué)模型的輸出特性與實(shí)際太陽(yáng)能電池板輸出特性非常接近，驗證了設計的正確性。

1 光伏電池實(shí)用仿真數學(xué)模型
光伏電池是利用半導體材料的光伏效應制成的，所謂的光伏效應是指半導體材料吸收光能后產(chǎn)生電動(dòng)勢的現象。所以光伏電池本身是一個(gè)P—N結，基本特性與二極管類(lèi)似，其等效電路由光生電流源和一些電阻組成。仿真模型的特點(diǎn)是采用簡(jiǎn)單且易獲取的參數擬合出光伏電池的輸出特性，適用于對電池外部特性進(jìn)行的仿真研究。根據光伏電池的V-I特性曲線(xiàn)可以得到基本輸出特性公式：

式中：U、I為電池輸出電壓和電流；C1，C2為修正系數。
上述數學(xué)模型還與實(shí)際環(huán)境存在一定偏差，所以應該進(jìn)行修正。采用性能參數修正法建立的數學(xué)模型，在環(huán)境條件變化時(shí)，如溫度，光照強度等因素，可以對光伏電池的4個(gè)性能參數進(jìn)行修正，得到接近實(shí)際環(huán)境下的光伏電池實(shí)用模型，修正系數如下所示：

式中：a和c為溫度補償系數，b為光強補償系數。

從上面公式得到的光伏電池實(shí)用仿真模型不需要復雜的參數，只需要4個(gè)基本性能參數就模擬光伏電池輸出特性。利用Matlah對上述光伏電池模型進(jìn)行仿真，以式(1)為數學(xué)模型基礎，在simulik里建立仿真模型。圖1為光伏電池數學(xué)模型內部結構，圖2為該模型的封裝模塊，并在內封裝Um，Uoc，Im，Isc以及Tref，Sref參數，太陽(yáng)能電池模型參數設置圖3所示。其中V，I為模型實(shí)際電壓和電流，S，T分別為實(shí)際日照強度和環(huán)境溫度。