一种精确模拟光伏电池片电性能的方法技术

本发明专利技术提出了一种精确模拟光伏电池片电性能的方法，根据太阳电池双二极管模型，列出其输出特性的等效方程，运用泰勒公式进行降幂求解，使电池片工作电流和工作电压之间的关系变成显性函数，然后根据厂家给定的在标准条件下测试电池片的电性能参数便可描绘出电池片对应的I‑V曲线，且可以通过控制光照强度和电池片温度得出不同工作条件下的电性能情况。本发明专利技术相对于单二极管四参数法具有较高的准确性，特别是在低辐照下较单二极管模型准确；最大工作点基本上与厂家提供的参数重合，偏差度在2%以内。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种精确模拟光伏电池片电性能的方法，属于光伏发电

技术介绍
现在所用的模拟光伏电池片电性能的模型多数还都是单二极管模型，如图1所示，应用比较广泛的是四参数法，忽略并联电阻Rsh带来的影响，由于它具有一定的准确性且计算方便。文献“多种类型硅电池光伏组件性能模拟的复合方法，白建波，郝玉哲，张臻等，太阳能学报，2014，35(9)：1586-1591”介绍了单二极管的五参数法提取，使之计算结果更加准确。随着光伏电站在全球的扩建，光伏组件受动静态阴影遮挡时的电性能变化颇受关注，有很多文章和专利是关于这方面的研究，文献“局部阴影遮挡的太阳电池组件输出特性实验研究，张臻，沈辉，李达，太阳能学报，2012，33(1):5-12”介绍了不同比例的阴影遮挡情况下组件的功率损失，文献“局部阴影条件下光伏阵列建模及输出特性研究，张翔，王时胜，电源技术，2015，39(1):203-206”介绍了局部阴影的模型建立方法，但是单二极管模拟方法对低辐照下的模拟存在一定的误差。文献“Modelling and Simulation of photovoltaic module consideringsingle-diode equivalent circuit model in MATLAB，Dominique.B,Zacharie.K,Donatien.N，Certified Journal，2008,3(3):493-502”介绍了双二极管模型可以减少低辐照下的模拟误差，但是双二极管模型的等效电路方程相当复杂，I-V之间是非线性关系，且是隐函数，如何使之变成显函数是问题的焦点。文献“基于泰勒展开式的双二极管模型显示表达，杨桂红，伦淑娴，电子设计工程.2015，23(23):170-176”提出运用泰勒公式提取参数法使之成为显性函数，但是计算方法相当复杂，而且只是在五参数单二极管的基础上，提出类似于七参数法求解超越方程，并未有直接推导出I-V对应的显性关系。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种精确模拟光伏电池片电性能的方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种精确模拟光伏电池片电性能的方法，包括以下步骤：1)根据双二极管等效模型电路图得到光伏电池片电性能的等效方程如下：I＝Iph-ID1-ID2-Ish (1)其中： I D 1 = I 01 [ exp ( V + IR s A 1 V T ) - 1 ] - - - ( 2 ) ]]> I D 2 = I 02 [ exp ( V + IR s A 2 V T ) - 1 ] - - - ( 3 ) ]]>其中：I为电池片的工作电流；Iph为电池片的光生电流；ID1为等效二极管D1的暗电流；ID2为等效二极管D2的暗电流；Ish为等效并联电阻的漏电流；I01为等效二极管D1由于电子、空穴的扩散引起的反向饱和电流；I02为等效二极管D2由于电子、空穴在空间电荷区的再复合引起的反向饱和电流；A1为等效二极管D1的结构因子；A2为等效二极管D2的结构因子；V为电池片的工作电压；Rs为等效串联电阻；为电池片的热电压，k为玻尔兹曼常数，T为电池片温度，q为电荷常数；I0为等效二极管的反向饱和电流，对于等效二极管D1，I0即为I01，对于等效二极管D2，I0即为I02，Io,ref为参考温度25℃下，结构因子为A时的反向饱和电流；Tc,ref为电池片参考温度；Tc为电池片现在的工作温度；Eg为半导体硅的禁带宽度；将公式(2)、(3)带入式(1)，并整理得到： I = I p h - I 01 { exp [ ( V + IR s ) A 1 V T ] - 1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种精确模拟光伏电池片电性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据双二极管等效模型电路图得到光伏电池片电性能的等效方程如下：I＝Iph‑ID1‑ID2‑Ish   (1)其中：ID1=I01[exp(V+IRsA1VT)-1]---(2)]]>ID2=I02[exp(V+IRsA2VT)-1]---(3)]]>其中：I为电池片的工作电流；Iph为电池片的光生电流；ID1为等效二极管D1的暗电流；ID2为等效二极管D2的暗电流；Ish为等效并联电阻的漏电流；I01为等效二极管D1由于电子、空穴的扩散引起的反向饱和电流；I02为等效二极管D2由于电子、空穴在空间电荷区的再复合引起的反向饱和电流；A1为等效二极管D1的结构因子；A2为等效二极管D2的结构因子；V为电池片的工作电压；Rs为等效串联电阻；为电池片的热电压，k为玻尔兹曼常数，T为电池片温度，q为电荷常数；I0为等效二极管的反向饱和电流，对于等效二极管D1，I0即为I01，对于等效二极管D2，I0即为I02，Io,ref为参考温度25℃下，结构因子为A时的反向饱和电流；Tc,ref为电池片参考温度；Tc为电池片现在的工作温度；Eg为半导体硅的禁带宽度；将公式(2)、(3)带入式(1)，并整理得到：I=Iph-I01{exp[(V+IRs)A1VT]-1}-I02{exp[(V+IRs)A2VT]-1}-V+IRsRsh---(5)]]>其中：Rsh为电池片的等效旁路电阻；2)将式(5)写成如下形式：I=Iph-I01(eVA1VT*eIRsA1VT-1)-I02(eVA2VT*eIRsA2VT-1)-V+IRsRsh---(9)]]>将式(9)中的项和项进行泰勒展开，并取线性部分，得到：I=Iph-I01[eVA1VT*(1+IRsA1VT)-1]-I02[eVA2VT*(1+IRsA2VT)-1]-V+IRsRsh=Iph-I01*eVA1VT*IRsA1VT-I02*eVA2VT*IRsA2VT-I01(eVA1VT-1)-I02(eVA2VT-1)-VRsh-IRsRsh---(10)]]>移向整理后得：I=Iph-VRsh-I01(eVA1VT-1)-I02(eVA2VT-1)1+I01RsA1VT*eVA1VT+I02RsA2VT*eVA2VT+RsRsh---(11)]]>其中：Iph，Rsh，Rs均由电池片厂家提供；I01，I02直接根据式(4)求出；取A1＝1，A2＝1.2；VT与电池片温度有关；此时式(11)中只有工作电压和工作电流是未知量，便得出工作电流I和工作电压V之间的显性关系；3)运用Matlab建模，设定工作电压从0开始直到开路电压Voc为止，设定步长，便得出一系列的工作电流值，绘制曲线，得到电池片的I‑V曲线。...

【技术特征摘要】
1.一种精确模拟光伏电池片电性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据双二极管等效模型电路图得到光伏电池片电性能的等效方程如下：I＝Iph-ID1-ID2-Ish (1)其中： I D 1 = I 01 [ exp ( V + IR s A 1 V T ) - 1 ] - - - ( 2 ) ]]> I D 2 = I 02 [ exp ( V + IR s A 2 V T ...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓士锋，张臻，贾朋，宾雪儿，于书魁，邵玺，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32