一种考虑局部遮阴的光伏电池仿真模型建立方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种考虑局部遮阴的光伏电池仿真模型建立方法及装置，所述方法包括如下步骤：获取光伏电池的标准参数；根据所述光伏电池的标准参数确定光伏电池仿真模型的等效串联电阻、等效并联电阻、P‑N结效应电流和P‑N结效应反向饱和电流；根据所述标准参数、等效串联电阻、等效并联电阻、光生电流、P‑N结效应电流、P‑N结效应反向饱和电流和雪崩击穿电压确定光伏电池仿真模型的输出负载电流；根据等效串联电阻、等效并联电阻、等效二极管P‑N 结方向饱和电流以及输出负载电流建立所述考虑局部遮阴的光伏电池仿真模型，所述等效并联电阻与一反向电流源并联，光伏电池组件的正负极间并联一个旁路二极管。所述装置用于实现所述方法。

A photovoltaic cell modeling method and device considering partial shading

The invention discloses a method and device for establishing a photovoltaic cell simulation model considering partial shading. The method comprises the following steps: obtaining the standard parameters of the photovoltaic cell; determining the equivalent series resistance, equivalent parallel resistance, P_N junction effect current and P of the photovoltaic cell simulation model according to the standard parameters of the photovoltaic cell. According to the standard parameters, equivalent series resistance, equivalent parallel resistance, photogenerated current, P_N junction effect current, P_N junction effect reverse saturation current and avalanche breakdown voltage, the output load current of photovoltaic cell simulation model is determined; according to equivalent series resistance, equivalent parallel resistance, etc. A simulation model of the photovoltaic cell is established by considering the saturated current in the direction of the effective diode P_N junction and the output load current. The equivalent parallel resistance is parallel to a reverse current source, and a bypass diode is parallel between the positive and negative poles of the photovoltaic cell module. The device is used to implement the method.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑局部遮阴的光伏电池仿真模型建立方法及装置
本专利技术涉及光伏发电技术，具体涉及一种考虑局部遮阴的光伏电池仿真模型建立方法及装置。
技术介绍
随着化石能源的日益枯竭以及逐渐加剧的环境问题，光伏等可再生能源得到了更加广泛地应用，同时在交通运输业中兴起的电动汽车的光伏充电站也逐步进入住宅小区、商业区和工业园区等，而大量的光伏电池板安装在建筑群附近，这就必然导致光伏设备出现局部遮阴的情况。局部遮阴是指在光伏发电系统中，由于尘土、建筑物等因素造成光照不均匀，串联支路中被遮蔽的光伏电池组件成为负载，消耗其他有光照的光伏组件所产生的能量。局部遮阴不仅会使光伏发电系统的输出功率大大降低，造成大量的能量损耗，而且很有可能引发热斑效应。当发生热斑效应时，被遮阴部分的光伏电池两端为反向电压，当反向电压达到一定程度时，P-N结内载流子数目剧增，并在反向电压作用下做漂移运动，因而使反向电流急剧增大，这就是雪崩击穿效应。发生雪崩击穿效应后反向电压也大幅度的增长，从而带动光伏电池的温度急剧增长，严重时就会毁坏光伏电池。现有技术中，光伏电池的仿真模型主要采用光伏电池等效电路模型，光伏电池最基本的表现形式为光伏电池元，多个光伏电池元经过串并联后形成光伏组件，光伏组件再经过串并联形成光伏阵列。光伏阵列是工程应用中最常用的光伏电池形式，而传统的光伏电池等效电路模型并未考虑局部遮阴的情况，因此其仿真存在误差，无法为光伏电池的应用提供可靠理论基础。因此，有待于针对局部遮阴的情况研究一种新的光伏电池仿真模型，使得光伏电池模型研究更加符合工程实际需要。
技术实现思路
本专利技术针对传统的光伏电池等效电路模型的缺陷，基于雪崩击穿效应理论，提出了一种考虑局部遮阴情况下光伏电池仿真模型，该仿真模型能够有效地避免热斑效应引发的雪崩击穿问题，改善光伏电池输出特性的仿真效果，同时也能够延缓电池使用寿命，使得光伏电池模型研究更加符合工程实际需要。本专利技术第一方面实施例提出一种考虑局部遮阴的光伏电池仿真模型建立方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：获取光伏电池的标准参数；根据所述光伏电池的标准参数确定光伏电池仿真模型的等效串联电阻、等效并联电阻、P-N结效应电流和P-N结效应反向饱和电流；根据所述标准参数、等效串联电阻、等效并联电阻、光生电流、P-N结效应电流、P-N结效应反向饱和电流和雪崩击穿电压确定光伏电池仿真模型的输出负载电流；根据所述等效串联电阻、等效并联电阻、等效二极管P-N结方向饱和电流以及输出负载电流建立所述考虑局部遮阴的光伏电池仿真模型，所述等效并联电阻与一反向电流源并联，光伏电池组件的正负极间并联一个旁路二极管。根据本专利技术一个实施例，所述光伏电池的标准参数包括：光伏电池的开路电压Uoc、短路电流Isc，具体参数可以参照表1。根据本专利技术一个实施例，所述根据所述光伏电池的标准参数确定光伏电池仿真模型的等效串联电阻、等效并联电阻、P-N结效应电流和P-N结效应反向饱和电流包括：光生电流的Iph为:P-N结效应电流Id为:P-N结效应反向饱和电流I0为:串联电阻Rs为:Rs＝R′s·Ns/Np并联电阻Rsh为:Rsh＝R′sh·Ns/Np其中，Isc为光伏电池短路电流，S为光强，S0为参考光强，Id0为等效P-N结的反向饱和电阻，Ud为二极管两端电压，T为温度，T0为参考温度，Ct为温度系数，Eg为半导体材料的禁带宽度，k为玻尔兹曼常数，A为二极管品质因子，q为电荷常数，R′s为光伏电池的串联电阻，Ns为光伏电池的串联个数，R′sh为光伏电池的并联电阻，Np为光伏电池的并联个数。根据本专利技术一个实施例，所述根据所述标准参数、等效串联电阻、等效并联电阻、光生电流、P-N结效应电流、P-N结效应反向饱和电流和雪崩击穿电压确定光伏电池仿真模型的输出负载电流包括：光伏电池元的输出电流Ipv为光伏电池组件的输出电流I′pv为其中，Ubr为二极管的雪崩击穿电压，α、nn为雪崩击穿特征常数，Upv光伏电池元的输出电压，U′pv为光伏电池组件的输出电压。根据本专利技术一个实施例，基于MATLAB的Simulink平台，根据所述等效串联电阻、等效并联电阻、等效二极管P-N结方向饱和电流以及输出负载电流建立光伏电池仿真模型。本专利技术第二方面实施例还提供一种考虑局部遮阴的光伏电池仿真模型建立装置，其用于实现上述方法，所述的装置包括：参数获取模组，用于获取光伏电池的标准参数；第一确定模组，用于根据所述光伏电池的标准参数确定光伏电池仿真模型的等效串联电阻、等效并联电阻、P-N结效应电流和P-N结效应反向饱和电流；第二确定模组，用于根据所述标准参数、等效串联电阻、等效并联电阻、光生电流、P-N结效应电流、P-N结效应反向饱和电流和雪崩击穿电压确定光伏电池仿真模型的输出负载电流；模型建立模组，用于根据所述等效串联电阻、等效并联电阻、等效二极管P-N结方向饱和电流以及输出负载电流建立所述考虑局部遮阴的光伏电池仿真模型，其中，所述等效并联电阻与一反向电流源并联，光伏电池组件的正负极间并联一个旁路二极管。根据本专利技术一个实施例，所述光伏电池的标准参数包括：光伏电池的开路电压、光生电流、光伏电池负载两端的电压。根据本专利技术一个实施例，所述第一确定模组包括：所述根据所述光伏电池的标准参数确定光伏电池仿真模型的等效串联电阻、等效并联电阻、P-N结效应电流和P-N结效应反向饱和电流包括：光生电流确定单元，用于根据所述光伏电池的标准参数和以下公式确定光生电流Iph；P-N结效应电流确定单元，用于根据所述光伏电池的标准参数和以下公式确定P-N结效应电流Id；P-N结效应反向饱和电流确定单元，用于根据所述光伏电池的标准参数和以下公式确定P-N结效应反向饱和电流I0；串联电阻确定单元，用于根据所述光伏电池的标准参数和以下公式确定串联电阻Rs；Rs＝R′s·Ns/Np并联电阻确定单元，用于根据所述光伏电池的标准参数和以下公式确定并联电阻Rsh；Rsh＝R′sh·Ns/Np其中，Isc为光伏电池短路电流，S0为参考光强，Id0为等效P-N结的反向饱和电阻，T0为参考温度，Ct为温度系数，Eg为半导体材料的禁带宽度，k为玻尔兹曼常数，A为二极管品质因子，q为电荷常数，R′s为光伏电池的串联电阻，Ns为光伏电池的串联个数，R′sh为光伏电池的并联电阻，Np为光伏电池的并联个数。根据本专利技术一个实施例，所述第二确定模组用于根据所述标准参数、等效串联电阻、等效并联电阻、光生电流、P-N结效应电流、P-N结效应反向饱和电流和雪崩击穿电压确定光伏电池仿真模型的输出负载电流和如下公式确定光伏电池元的输出电流Ipv和光伏电池组的输出电流I′pv；其中，Ubr为二极管的雪崩击穿电压，α、nn为雪崩击穿特征常数，Upv光伏电池元的输出电压，U′pv为光伏电池组件的输出电压。根据本专利技术一个实施例，所述模型建立模组，用于基于MATLAB的Simulink平台根据所述等效串联电阻、等效并联电阻、等效二极管P-N结方向饱和电流以及输出负载电流建立光伏电池仿真模型。实施本专利技术实施例的具有以下有益效果：(1)本专利技术实施例所述方法及装置能够有效地避免在局部遮阴情况下光伏电池由于热斑效应产生的雪崩击穿问题，提高了光伏电池的输出效率，同时延长了光伏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑局部遮阴的光伏电池仿真模型建立方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：获取光伏电池的标准参数；根据所述光伏电池的标准参数确定光伏电池仿真模型的等效串联电阻、等效并联电阻、P‑N结效应电流和P‑N结效应反向饱和电流；根据所述标准参数、等效串联电阻、等效并联电阻、光生电流、P‑N结效应电流、P‑N结效应反向饱和电流和雪崩击穿电压确定光伏电池仿真模型的输出负载电流；根据所述等效串联电阻、等效并联电阻、等效二极管P‑N结方向饱和电流以及输出负载电流建立所述考虑局部遮阴的光伏电池仿真模型，所述等效并联电阻与一反向电流源并联，光伏电池组件的正负极间并联一个旁路二极管。

【技术特征摘要】
1.一种考虑局部遮阴的光伏电池仿真模型建立方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：获取光伏电池的标准参数；根据所述光伏电池的标准参数确定光伏电池仿真模型的等效串联电阻、等效并联电阻、P-N结效应电流和P-N结效应反向饱和电流；根据所述标准参数、等效串联电阻、等效并联电阻、光生电流、P-N结效应电流、P-N结效应反向饱和电流和雪崩击穿电压确定光伏电池仿真模型的输出负载电流；根据所述等效串联电阻、等效并联电阻、等效二极管P-N结方向饱和电流以及输出负载电流建立所述考虑局部遮阴的光伏电池仿真模型，所述等效并联电阻与一反向电流源并联，光伏电池组件的正负极间并联一个旁路二极管。2.如权利要求1所述的考虑局部遮阴的光伏电池仿真模型建立方法，其特征在于，所述光伏电池的标准参数包括：光伏电池的开路电压Uoc、短路电流Isc，具体参数可以参照表1。3.如权利要求2所述的考虑局部遮阴的光伏电池仿真模型建立方法，其特征在于，所述根据所述光伏电池的标准参数确定光伏电池仿真模型的等效串联电阻、等效并联电阻、P-N结效应电流和P-N结效应反向饱和电流包括：光生电流的Iph为P-N结效应电流Id为P-N结效应反向饱和电流I0为串联电阻Rs为Rs＝R′s·Ns/Np并联电阻Rsh为Rsh＝R′sh·Ns/Np其中，Isc为光伏电池的短路电流，Ud为二极管两端的电压，S0为参考光强，Id0为等效P-N结的反向饱和电阻，T0为参考温度，Ct为温度系数，Eg为半导体材料的禁带宽度，k为玻尔兹曼常数，A为二极管品质因子，q为电荷常数，R′s为光伏电池的串联电阻，Ns为光伏电池的串联个数，R′sh为光伏电池的并联电阻，Np为光伏电池的并联个数。4.如权利要求3所述的考虑局部遮阴的光伏电池仿真模型建立方法，其特征在于，所述根据所述标准参数、等效串联电阻、等效并联电阻、光生电流、P-N结效应电流、P-N结效应反向饱和电流和雪崩击穿电压确定光伏电池仿真模型的输出负载电流包括：光伏电池元的输出电流Ipv为光伏电池组件的输出电流I′pv为其中，Ubr为二极管的雪崩击穿电压，α、nn为雪崩击穿特征常数，Upv光伏电池元的输出电压，U′pv为光伏电池组件的输出电压。5.如权利要求4所述的考虑局部遮阴的光伏电池仿真模型建立方法，其特征在于，基于MATLAB的Simulink平台，根据所述等效串联电阻、等效并联电阻、等效二极管P-N结方向饱和电流以及输出负载电流建立光伏电池仿真模型。6.一种考虑局部遮阴的光伏电池仿真模型建立装置，其特征在于，所述的装置包括：参数获取模组，用于获取光伏电池的标准参数；第一确定模组，用于根据所述光伏电池的标准参数确定光伏电池仿真模型的等效串联电阻、等效并联电阻、P-N结效应电流和P-N...

【专利技术属性】
技术研发人员：张炀，
申请(专利权)人：深圳供电局有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44