光伏电池的建模与仿真研究

由于目前光伏电池的仿真模型大多只针对特定型号的电池而建立,导致所建立的仿真模型不具备通用性。对微电网中光伏电池的输出特性进行了研究,在对光伏电池数学模型分析的基础上,利用matlab/simulink平台建立了光伏电池的通用仿真模型,只需要光伏电池的开路电压、短路电流、最大功率点电压和最大功率点电流4个参数便可以利用该仿真模型进行光伏不同型号的光伏电池的仿真。通过对所搭建的光伏电池仿真模型进行仿真测试,得到不同环境温度和光照强度下光伏电池的I-V和P-V特性曲线,并对仿真结果进行分析,发现仿真所得的光伏电池最大输出功率、开路电压和短路电流随环境温度和光照强度的变化趋势与理论分析相吻合,验证了模型的正确性。     

光伏发电性能物理预测模型的研究

为提高光伏发电预测的精度,通过两种不同温度和光强下的电池短路电流、开路电压以及最大功率点处电流和电压电性参量,建立任意温度和光强下光伏发电预测模型。结果表明:在光强不变温度改变的条件下,电流电压全局拟合均方根误差不超过1.443 9 mA,预测最大输出功率的相对误差最大为10.61%;在光强改变温度不变的条件下,电流电压全局拟合均方根误差不超过0.982 1 mA;预测最大输出功率的相对误差最大为6.21%;总体来说,模型能正确预测光伏电池的输出特性,满足工程应用要求,且多晶硅的预测难度大于单晶与非晶硅电池。     

一种四参数的光伏组件在线故障诊断方法

分析光伏组件在短路、异常老化状态下的输出特性,提出一种基于开路电压、短路电流、最大功率点电压和电流四参数的光伏组件在线诊断短路及异常老化故障的方法。建立了故障类型因子K,通过比较K与标准值的差异判断组件是否存在短路和异常老化故障。发生故障即可进行在线故障程度分析和预警:短路故障时,利用神经网络方法诊断组件中电池短路的块数;异常老化故障时,利用填充因子值获得组件老化程度。仿真及实验结果显示该方法具有较高的准确率,证明了方法的可行性和有效性。     

硅太阳能电池串联电阻的一种估算新方法

硅太阳能电池等效串联电阻会影响其正向伏安特性和短路电流,而对开路电压没有影响,另外串联电阻的增大会使太阳能电池的填充因子和光电转换效率降低.研究计算太阳能电池串联电阻具有重要的实际意义.提出一种估算太阳能电池串联电阻的新方法,利用太阳能电池生产厂商提供的在标准测试条件下的四个技术参数(短路电流Isc,开路电压Voc,最大功率点电流Im和电压Vm)进行计算,同时通过引入相应补偿系数来考虑太阳光强和电池温度变化时对串联电阻的影响.理论估算结果与实验测量结果比较,两者误差在工程应用允许的精度6%以下.     

基于多孔介质燃烧器的热光伏系统试验研究

热光伏发电是光伏电池将高温辐射释放的光子直接转换为电能的技术,具有对多种燃料的适应性、无运动部件、高功率密度等优点而备受关注。采用液化石油气为燃料,针对美国JX Crystals公司生产的GaSb电池,设计了基于多孔介质燃烧器的热光伏发电系统。研究了不同燃料量和空气流量的条件下,热光伏系统中碳化硅多孔介质燃烧器的温度分布规律和电池运行温度变化规律。分析不同燃烧工况下,电池开路电压和短路电流的变化规律,并总结了电池最大输出功率的特点。试验结果表明,随着燃料量的增加,燃烧器的外壁温度和电池运行温度都有所提高,过量空气过多会降低燃烧器温度;电池的短路电流随着燃烧器温度的提高而增加,开路电压随着电池运行温度的降低而略有提高。     

基于决策树的光伏组件故障诊断方法研究

分析了光伏组件在局部阴影或异常老化状态下的输出特性,提出了一种基于决策树算法的光伏组件在线诊断局部阴影或异常老化的判断方法。同时分析了在这两种状态下填充因子FF、斜率因子K和输出电流比Im/Isc的变化规律,结合光伏组件的四个输出参数(最大功率点电压Um和电流Im、开路电压Uoc和短路电流Is)一起作为属性集合,用于提供给决策树生成算法自由选择合适的属性生成故障诊断决策树。实际应用中,只要获得需要的属性数据即可通过生成的决策树诊断出光伏组件的工作状态。实验结果证明了该方法的可行性和有效性。     

特种微小电源设计与制作

为制作可以直接输出电流参数为短路电流Isc=1.6μA,开路电压Voc=1.0 V的特种微小电源,利用光伏效应设计并制作了以单晶硅PN结器件为转换单元的微小光伏电池电源。通过控制PN结器件结构参数和辐照光强度,使制成的微小电源输出电流参数完全可以满足要求。     

柔性薄膜太阳电池温度系数初探

影响电池功率输出的因素有很多,例如温度,由于工作环境的温度不同,其电压、电流、功率也不同,电池在极端温度下工作状态能否达到要求,需要在电路设计时进行预算,因此温度系数这一电池特性就显得尤为重要。通过一组实验,在不同的温度下对柔性薄膜太阳电池进行电性能测试,得到样品电池在不同温度下的I-V曲线以及各项参数。结果表明,电池随着温度的升高,开路电压降低,短路电流升高,最大功率降低。     

一种开路电压和短路电流相结合的MPPT算法研究

为了能够有效地提高光伏发电系统的最大输出功率,根据光伏电池的输出特性和数学模型,提出了一种新型MPPT算法,即开路电压和短路电流相结合的MPPT算法。利用开路电压、短路电流和S-function函数快速解得最大功率点。针对不断变化的外界环境会给引入该算法的光伏系统带来频繁扰动,以及该算法在理论推导过程中采用了大量的估算算法,因此在该算法中引入阈值电流?I和微变步长扰动法。阈值电流?I降低了系统的扰动,减少能量的损失,微变步长扰动法进一步的修正了系统的最大功率点,解决了因理论估算而带来的误差问题。实验证明,引入了阈值电流和微变步长扰动法的开路电压和短路电流相结合的MPPT算法能快速、准确的跟踪最大功率点,提高转换效率。     

辐伏同位素电池开路电压与温度关系分析

单晶硅PN结换能单元辐射伏特效应同位素电池(简称辐伏电池)开路电压温度效应很明显,通过分析与辐伏电池开路电压相关的因素,认为基本参数中基层掺杂浓度和短路电流对开路电压与温度的关系有显著影响,而顶层掺杂浓度影响非常小。大的基层掺杂浓度和短路电流对于较高温度环境中辐伏电池输出开路电压是有利的。     

太阳能电池的仿真模型设计和输出特性研究

在考虑了光照强度和电池温度2种因素对太阳能电池技术参数和输出特性影响的基础上,采用了太阳能电池的实用化数学模型,在电力系统电磁暂态软件平台EMTP/ATP上利用MODELS语言和TACS功能搭建了太阳能电池的通用仿真模型.该模型的功能主要是通过改变短路电流,开路电压,最大功率点电流、电压等太阳能电池板的技术参数,研究不同型号太阳能电池板的伏安特性和功率特性.并针对3组不同光照强度和电池温度,对太阳能电池板的伏安特性和功率特性进行了仿真研究.研究结果表明:随着光照强度的减小,太阳能电池板的最大输出功率也减小;随着电池温度的减小,太阳能电池板的最大输出功率呈上升态势.     

基于关键因子和辨识技术的光伏并网系统短路电流建模

为了提高光伏并网点短路时光伏系统输出短路电流计算准确性,提出以电压跌落程度n和光伏并网逆变器输出有功p及电网电压正序分量u⁺三个特征量为关键因子,分析推导三个关键因子与光伏并网逆变器输出电流峰值Imax的关系。采用光伏并网逆变器输出对称三相正弦交流电流为控制目标的电压功率控制策略,基于系统辨识技术,建立光伏并网逆变器输出短路电流模型并辨识其相关参数。运用求和算法,获得近似的光伏并网发电系统输出短路电流模型。基于MATLAB编程软件验证了所建模型的正确性。同时与PSCAD/EMTDC搭建的恒功率控制仿真模型对比分析论证了该模型能较准确反映光伏并网发电系统输出短路电流的大小。     

电压偏差和谐波约束下配网光伏最大渗透率评估

针对多个三相不平衡配电网络,在不同位置接入分布式光伏,运用OpenDSS软件计算了分布式光伏接入配网后节点电压偏差及谐波电压畸变率。根据ANSI C84.1-2006稳态电压标准以及IEEE519-1992谐波标准对电压偏差和谐波电压畸变率进行约束,得出不同位置下稳态电压偏差和谐波约束下分布式光伏的最大渗透率,同时分析了线路调压器及光伏接入点短路容量与光伏渗透率的关系。研究结果表明,光伏渗透率与具体配电网的拓扑结构和线路参数相关,光伏接入点越靠近馈线首端,渗透率越大。同时考虑电压偏差和谐波约束下光伏渗透率至少能达到20%,并且使线路调压器与其下游接入的光伏发电功率协调配合也可显著提高光伏的渗透率。     

光伏发电最大功率跟踪控制器的设计

针对目前太阳能发电系统效率低的问题,本文利用微控制器设计了一种太阳能光伏发电最大功率跟踪控制器。该控制器采用升降压式DC/DC转换电路,利用电压扰动法实现最大功率点跟踪,使太阳能光伏电池始终保持最大功率输出;控制器还能实时测量蓄电池的端电压,对蓄电池进行充放电保护。该控制器软硬件结合、可靠性高,提高了太阳能光伏发电系统效率,并延长了蓄电池使用寿命。     

分布式光伏电源对配电网电压波动的影响研究

分布式光伏电源接入配电网后导致电压波动加剧等问题,限制了光伏发电的快速发展。文章从理论角度分析得到光伏功率波动水平以及光伏电源接入点短路容量大小是影响配电网电压波动大小的主要因素;考虑到未来光伏容量不断增加,光伏功率波动水平必将不断提高,因此增大接入点短路容量是降低电压波动实现大量分布式光伏电源接入配电网最为可行的方法,而配电网采用环网结构能增大接入点短路容量;最后在PSCAD/EMTDC中搭建了完整的光伏电源系统以及IEEE13节点模型,仿真验证了配电网采用环网结构增大短路容量能有效削弱光伏电源对配电网电压波动的影响,为分布式光伏的良好发展奠定基础。     

倏逝波模式下修饰化电极的太阳电池层厚优化

为了研究如何提高有机太阳能电池的光捕获并提高光电转化效率,基于LiF修饰Al电极能提高电池填充因子和稳定开路电压的结论,建立了NaF修饰Glass/ITO/PEDOT:PSS/MDMO-PPV:PCBM/Al有机太阳电池的层间光强分布理论模型。根据多层薄膜结构的有机太阳能电池的材料及光学特性,采用绒化入射面的方法引入朗伯漫反射,并结合对倏逝波模式下有机太阳能电池光捕获率的探讨,通过数值计算研究了NaF修饰层对光场分布的影响,提高了模型的光捕获并得出了有机太阳能电池捕获可见太阳光能最大值时各层厚参数Glass(1mm)/ITO(120nm)/PEDOT:PSS(20nm)/MDMO-PPV:PCBM(120nm)/NaF(1nm)/Al (110nm)和电池的短路电流为2.76mA/cm2这些结论。     

电热协同作用下太阳能热电联供系统输出特性分析

根据光伏/光热(PV/T)系统的能量平衡和能量转换原理,建立了PV/T系统的热电模型,针对PV/T系统的热电效率、电池板温度间的耦合问题,通过MATLAB迭代求解法,解决了PV/T系统中热电参数耦合求解问题,得到了PV/T系统的效率曲线,分析计算了系统组件长度和工质流速等参数对性能曲线的影响;同时,针对PV/T系统与普通光伏组件进行了实验研究,试验测试了两系统的电压、电流、功率、板背温度等特性参数,并与仿真结果进行了对比。     

基于Non-MPPT算法的区域光伏消纳控制策略

基于两级式光伏发电系统环境自适应算法以及光伏阵列分布式结构,提出一种适用于区域光伏消纳控制的Non-MPPT（maximum power point tracking）算法,力主解决光伏发电系统出力过剩问题。该算法基于光伏模块分布式前级优化器,实现不同环境下光伏模块分散控制,并通过光伏模块输出电压、电流随机变量,导出光伏电池环境修正参数,进而实时修正区域光伏模块最大功率电压,使其最大功率电压实时跟随外部环境变化,并结合电导增量法,实现不同环境下光伏阵列全局最大功率跟踪。而后,若区域性电网光伏发电系统出力过剩,则将区域光伏按其实际出力情况进行分区管理,以区域电网对其出力分配额度为控制目标,推导出光伏阵列对应输出电压,并将其引入至光伏发电系统前级Boost电路,通过修正Boost电路占空比,使光伏发电系统输出功率快速跟随主网需求指令,解决了区域内光伏过剩出力的消纳问题。最后,通过Matlab/Simulink仿真软件搭建两级式三相光伏并网系统,验证该算法在电力系统应用中的有效性。