光伏电池数学模型研究

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2太阳能电池的数学模型

2太阳能电池的数学模型太阳能电池的数学模型是太阳能电池模拟器系统设计的基础，本章从太阳能电池的工作原理、等效电路出发，详细介绍了太阳能电池数学模型的建模过程，给出了太阳能电池的数学模型，并且对该数学模型进行了仿真，证明了该数学模型的正确性，为下文提出六折线模型拟合太阳能电池的I-V特性曲线奠定了基础。

2.1太阳能电池的工作原理通常所说的太阳能电池指的是太阳能电池单体，太阳能电池单体是一种能够利用光伏效应将太阳能直接转换为电能的半导体装置，它的转换效率一般可达百分之十五左右。

它通常是由大量的PN结串联而成的，整体结构一般是由一个P型半导体作为底座，在上面刻入N 型薄膜，并且通过金属导线把PN结的两端引出。

太阳能电池单体是最小的光电转换单位，输出电压和输电电流都很小，一般不可以直接作为电源使用。

通常都是将一定数量太阳能电池单体通过串联构成太阳能电池组件来使用。

太阳能电池组件的输出电压一般达到24V左右，24V的电压可用来为蓄电池充电，能够应用在各个系统和领域中。

当需要进行大功率光伏发电系统时，可以把这些太阳能电池组件通过一定的形式串联或并联起来，形成太阳能电池阵列。

太阳能电池阵列能够产生较大的功率，可以用在各个领域中。

太阳能电池发电的原理主要是半导体的光生伏特效应，也称为光伏效应。

硅半导体结构如图2-1 a)所示，在图中，硅原子用正电荷来表示，硅原子四周的四个电子用图中的负电荷来表示。

当向晶体硅中掺入其他的杂质，如硼、磷等就会形成一个个很小的PN结。

当向晶体中掺入硼时，含有杂质硼的晶体硅的内部电子排列如图2-1 (b)所示。

图中，硅原子用正电荷来表示，硅原子四周的四个电子用负电荷表示，而图中黄色的就表示掺入的硼原子，由于硼原子的外部只有三个电子，就会吸引硅原子的一个电子过来，这样就会产生如图中蓝色的空穴，这个空穴又会因为没有足够的电子而去吸引别的电子，这样就形成了P ( positive)型半导体。

光伏电池的数学模型及输出特性分析

光伏电池的数学模型及输出特性分析作者：黄巨朋李子然王永博来源：《科学导报·学术》2020年第51期【摘要】相比于光热发电，光伏发电价格低廉、易于控制、安全稳定，所以在实际中得到了广泛应用。

光伏发电通过光伏电池可将光能直接转换为电能。

随着科技水平的进步，全球光伏产业呈现出快速发展势头，其增长速度超出风电成为最快的清洁能源发电品种。

【关键词】光伏电池;数学模型;输出特性1 光伏电池的数学模型光伏电池可等效成二极管，其工作原理可用图1中的等效电路来描述。

图1中是光伏电池的负荷电阻，光伏电池输出电压用表示，流过的负载电流（也叫输出电流）用表示。

为激发电流，该值取决于辐射强度S、电池面积和温度T。

为PN结中的总扩散电流，与方向相反，表达式为：其中，q为电子电荷量，;K为玻尔兹曼常数，;A为光伏电池常数因子（正偏电压较大时A 为1，较小时A为2）。

由式2.1可知，与光伏电池的电动势E和温度T等有关。

为无光照时光伏电池的饱和电流，表达式为：其中，M为PN结表面面积;、为导带和价带的有效态密度;为受主杂质浓度，为施主杂质浓度;电子扩散系数、为空穴扩散系数;为少子寿命，为电子少子寿命;为半导体材料的间隙宽度。

根据图1，可得到为：其中，为串联电阻，为旁漏电阻。

图1给出的二极管模型可以准确地描述光伏电池的输出特性。

光伏电池较小而较大，理想条件下忽略电阻影响，可得光伏电池输出特性表达式为：由式1.4可得由于忽略了和的影响，式1.5表示的光伏电池输出特性与真实特性相比，虽有一定偏差，但仍能体现照度和温度对光伏电池输出特性的影响。

由式1.5可知，外电路短路（即时，。

外电路开路）时，记电池两端电压的开路电为压，其表示为：与有辐射强度关，而与电池面积无关。

与辐射照度的对数成正比，与当温度成反比。

一般情况下，温度每上升，就下降2～3mV。

在标准条件的辐射照度（即）下，为450～600mV。

2 光伏电池的输出特性分析将光伏电池的I-U、P-U输出关系称为输出特性。

光伏电池工程用数学模型及其模型的应用研究

ｐｒａｃｔｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｗａｓｇｉｖｅｎ．ＡｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｃｅｌｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｕｓｉｎｇＭａｔｌａｂ．Ｔｈｅｏｕｔｐｕｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｕｎｄｅｒｄｉｆｅｒｅｎｔｉｎｔｅｎｓｉｔｉｅｓｏｆｓｏｌａｒｒａｄｉａｔｉｏｎａｎｄｄｉｆｅｒｅｎｔａｍｂｉｅｎｔｌｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅ
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。
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蔓臣口
研究与设计
光伏电池工程用数学模型及其模型的应用研究

光伏电池五参数模型的参数提取方法

光伏电池五参数模型的参数提取方法引言在光伏发电系统中，光伏电池是最重要的组成部分之一。

光伏电池的性能参数对整个发电系统的效率和稳定性有着非常重要的影响。

而光伏电池五参数模型是描述光伏电池特性的重要数学模型，其中的参数提取方法对于准确描述光伏电池的性能至关重要。

一、光伏电池五参数模型简介光伏电池五参数模型包括了光电流I_L、反向饱和电流I_o、串联电阻R_s、并联电阻R_sh和光生载流子寿命τ，这五个参数描述了光伏电池在不同工作条件下的特性。

在实际应用中，准确提取这些参数对于光伏电池的建模和性能预测至关重要。

二、参数提取方法1.基于光伏电池I-V特性曲线的拟合方法通过测量光伏电池的I-V曲线，并结合适当的数学模型，可以使用拟合算法来提取光伏电池的五参数模型。

常用的拟合算法包括最小二乘法、牛顿迭代法等，这些算法可以通过数学计算来准确地提取光伏电池的参数。

2.基于光伏电池动态响应的识别方法通过对光伏电池在不同工作条件下的动态响应进行实验和测试，可以借助系统识别理论和方法来提取光伏电池的五参数模型。

这种方法的优势在于可以通过实际动态工作条件来获取光伏电池的参数，更加符合实际工况。

3.基于人工智能的参数提取方法近年来，人工智能技术在许多领域取得了突破性的进展，包括在光伏电池参数提取方面也有着广泛的应用。

通过人工智能算法，例如神经网络、遗传算法等，可以通过大量的数据样本来训练模型，从而实现光伏电池五参数模型的准确提取。

三、参数提取方法的比较与选择不同的参数提取方法各有优劣，基于光伏电池I-V特性曲线的拟合方法可以简单快速地获取参数，但对测量数据的要求较高；基于光伏电池动态响应的识别方法能够更好地反映动态工作条件下的特性，但实验和测试难度较大；而基于人工智能的方法则需要大量的数据样本和模型训练，对于参数提取的准确性和稳定性有一定要求。

根据实际需求和条件，可以综合考虑不同方法的优缺点，选择合适的参数提取方法。

在实际应用中，根据光伏电池的具体特性和工作条件，可以结合多种方法，进行多方位的数据获取和分析，从而实现更为准确的参数提取。

基于MATLAR／Simulink光伏电池模型的研究

科学进步
基于ＭＡＴＬＡＷＳｉｍｕｌｉｎｋ光伏电池模型的研究
章政杰
（江苏省电力公司检修分公司无锡检修分部）
摘要：提出一种以太阳能电池数学模型为基础，在ＭＡＴＬＡＢ／ＳｉｍｕｌｉＩｌＩ（环境下建立的光伏电池仿真模型。该模型与其他常用建模方法相比，该模型结构简化，易于操作，能更好的描述光伏阵列的电气特性。与传统方法相比，精度有所提高，为整个光伏系统进一步研究提供参考价值。．关键词：太阳能电池；数学模型；ｍａｔｌａｂ
ｌ引言
』＝［１ｓｃ＋【一）］Ｓ
（３）
随着经济的发展，人口的增加，化石能源逐步消耗，能源危机问题日益
严重。在这样的背景下，太阳能作为一种巨量的可再生能源，引起了人们的重视，各国政府正在逐步推动太阳能光伏发电产业的发展。但是，大多数的光伏发电系统都是基于经验公式进行设计的，为了对整个设计系统进行验证和优化，有必要研究适用于光伏发电系统工程设计应用的仿真模型。由于太阳能电池阵列是光伏发电系统的核心部件，所以在光伏发电系统中，对太阳能电池阵列仿真模型的研究至关重要。太阳能电池技术发展很快，目前比较成熟且广泛应用的是经归类的太阳能电池。在２００９年，全球太阳能电池的
３５０Ｖ。
因素的影响，在不同太阳辐射强度和温度下模拟出太阳电池阵列的输出特性，为光伏系统研究提供了较有用的参考价值。２光伏电池特。陛
硅太阳能电池的特性可用一个等效电路来描述，如图１所示：

光伏电池数学模型分析及MPPT控制仿真_郭长亮

光伏电池属于一类半导体器件，它是光伏发电系统的核心部分，能够将太阳能直接转化为电能供人类利用。目前，光伏电池最常用的材料是使用硅材料制成。硅半导体的 P-N 结具有光生伏打效应，即当太阳光照射到硅半导体时，其内部的电荷分布会发生状态变化而产生电流和电压的一种效应。太阳光照射在光伏电池板上时，使得 N 区聚集大量的电子，P 区聚集大量
模型。本文中只介绍一种工况中常用的光伏电池数学模型，参
照文献[6]对光伏电池厂家提供的参数进行修正，改进后的数
学模型修正方法：首先确定一般工况和标准测试环境下的光
照强度差值 DS 和温度差值 DT 如下：
?T ? T ? T ? K ,?S ? S ? S
(10)
式中：T 为光伏电池表面温度；S 为对应时刻的光照强度；温度
因为光伏电池板生产商提供的技术参数有限，在标准测
试模式下 (通常指光伏电池板表面温度 Tref=25 ℃，光照强度 Sref=1 000 W/m2)，进行一系列合理的近似假设：Rs 值远远小于
二极管正向导通时阻值，IL 近似等于短路电流 Isc；而 Ish 的数值
又远远小于光生电流 IL，所以(U+IRs)/Rsh 此项忽略掉；同理，把
的有效性。分析仿真结果表明，选用的光伏电池数学模型和改进变步长电导增量法能够符合工程应用场合。
关键词：光伏电池；新型数学模型；改进变步长；电导增量法；ＰＳＣＡＤ
中图分类号：ＴＭ９１４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２－０８７Ｘ（２０１４）０９－１６４０－０４
Analysis on mathematic model of photovoltaic panels and
MPPT control simulation ÁGUO Chang-liang1, ZHANG Su-shuang2, LI Ming1, DU Hai-chao1

基于新型能源光伏发电相关概念与数学模型概述

基于新型能源光伏发电相关概念与数学模型概述
一、光伏发电的基本概念
光伏发电是利用光电效应原理，将太阳辐射能转化为电能的过程。

光伏发电技术主要
由太阳能电池、逆变器和其他附件组成。

太阳能电池是光伏发电系统的核心部件，它能将
太阳光转化为直流电能。

逆变器则将直流电能转换为交流电能，供给家庭或工厂使用。

光
伏发电系统一般包括光伏电池阵列、支架、逆变器、电能储存系统和监测系统等组成部
分。

二、光伏发电的数学模型
1. 光伏效率模型
光伏效率是衡量光伏电池性能的重要指标，它反映了光伏电池将太阳能转化为电能的
能力。

光伏效率模型通常采用以下公式描述：
η = P / (G*A)
η为光伏效率，P为光伏电池输出功率，G为太阳辐射强度，A为光伏电池的接收面积。

通过这个模型，我们可以定量地评估光伏电池的性能，并优化光伏发电系统的设计。

光伏发电系统的功率模型主要用于描述光伏电池阵列输出功率与太阳辐射和温度之间
的关系。

一般而言，光伏发电系统的功率模型可以表示为：
3. 光伏发电系统的能量模型
E = η * G * A * H * f(T)
三、光伏发电系统的优化
基于上述数学模型，我们可以通过对光伏发电系统的设计和运行进行优化，提高光伏
发电系统的效率和稳定性。

在光伏电池的设计中，我们可以通过优化光伏电池的材料、结
构和工艺，提高光伏电池的转换效率。

在光伏发电系统的运行中，我们可以根据光照强度、温度等因素调整光伏电池阵列的工作状态，提高系统的能量输出。

光伏串并联后的数学模型

1.光伏电池数学模型单个光伏电池的I-U曲线是随光照强度，温度变化的非线性曲线，精确的等效电路模型如下：由图1通过基尔霍夫定律可得其中，等式右边第一项为恒流源，第二项为流过二极管的电流，第三项为并联电阻上的电流。

R s 为光伏电池的内阻；R P 为光伏电池的并联电阻；I n为流过二极管的反向饱和漏电流；I SC为光伏电池的短路电流，在一定光照和温度下为一常量。

对公式求导由公式可见，dI/dU <0 ,即在光伏电池的正常工作范围内，输出电流I随着输出电压U的增加而单调降低，具有一一对应关系，这是后面光伏电池组串并联特性分析的基础。

2.光伏电池的串并联一般的光伏电池板东都是通过多块光伏电池以串并联的方式组成光伏阵列而工作。

例如假定光伏列阵各光伏电池的输出特性和内特性相同，则光伏阵列可看作：先由n个光伏电池并联成一组，然后再由相同特性的m个光伏电池组串联组成。

先考虑n个光伏并联的情况。

并联的光伏电池具有相同的外工作电压，每一光伏电池的输出电流也是相同的，则总的输出电流为由公式可见，多个光伏电池并联时的数学模型与单个光伏电池的相似，通过求导也可得出其总输出电流和输出电压的一一对应关系。

当m个光伏电池光伏电池串联而成光伏阵列时，由于每个光伏电池组具有相同的工作电流，则每组上的电压也相同。

设总的输出电压为V，则得到总输出电流与输出电压的关系式由此可见，光伏电池串并联后组成的光伏阵列也具有和单个光伏电池相似的输出数学模型，令D则公式化为一般的太阳能电池生产厂家都会给出一定温度下的开路电压，短路电流，最大功率点输出时的电流和电压等参数，则可以计算出I OD R1 R2 B等未知量。

多个太阳能电池板串联时，仍使用。

令V1=V+I0R1,则公式可化为此公式是串并联光伏电池组的Matlab等效模型所依据的数学基础，其对应的串并联光伏电池组的等效电路图3、光伏电池组件的通用模块的建立及仿真3.1光伏电池组件的通用模块的建立在Matlab/Simulink平台下，利用式建立光伏电池组件的通用模块，其封装和参数界面如图2和3所示．本模块通过设定N p和N s。

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光伏电池数学模型研究
光伏电池的数学模型可分为静态模型和动态模型两种。

静态模型主要用于描述光伏电池的性能参数随着环境条件（如温度、光照强度）的变化而发生的变化，通常使用一些简单的数学公式进行描述。

动态模型则是在静态模型的基础上加上了时间因素的考虑，可以用于模拟光伏电池在不同光照和温度条件下的功率输出情况。

静态模型中最常用的公式是伏安特性曲线（I-V曲线）和光电转换效率曲线（P-V曲线）。

伏安特性曲线是指在一定光照强度和温度条件下，电池输出电流与电池端口的电压之间的关系。

一般情况下，这种曲线具有一个特定的峰值点，即最大功率点（MPP），此时电池的输出功率最大。

P-V曲线则是输出功率与电池端口的电压之间的关系，它可以用来评估光伏电池的效率。

动态模型则需要考虑到时间因素，通常采用电路模型来描述光伏电池的行为。

最常用的是单二极管动态模型和双二极管动态模型。

单二极管动态模型假设电池与一个二极管串联，该二极管代表了光照和温度对电池正向和反向电压的影响。

双二极管动态模型则是在单二极管模型的基础上增加了一个二极管，并假设该二极管承载了电池的反向饱和电流。

除了上述模型之外，还有许多其他的模型，如改进的单二极管模型、改进的双二极管模型、基于分数指数的模型等。

这些模型不仅可以用于研究光伏电池在不同环境条件下的性能，还可以用于设计和优化光伏电池的结构和参数。

总之，光伏电池数学模型的研究对于太阳能的开发和利用具有重要的意义。

未来，随着科技的不断发展和创新，相信光伏电池数学模型的研究将会得到更深入的探讨和应用。