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光伏系统设计报告 　　新能源技术课程设计预习报告　　姓名：　　吴鹏飞　　专业：电131　　指导教师：张老师　　完成日期：　　一实验目的　　1、检索资料，了解光伏发电技术的发展状况以及光伏发电原理；　　2、掌握光伏电池模型的建立方法，分析、设计仿真模型，并利用MATLAB进行仿真实现；　　3、掌握光伏电池的测试方法，选择适合的测量器件与量程，验证光伏1.阵列模拟方法的正确性；　　4、分析离网型光伏发电系统的组成，选择合适的电力变换器拓扑结构并进行原理分析、参数计算；　　5、查阅相关文献资料，确定系统MPPT控制策略，建立MPPT模块仿真模型，并仿真分析；　　6、掌握系统联调的方法，调整控制参数。　　二、实验仪器设备与器件　　太阳能电池板1块，万用表2个，太阳能功率表TENMARSTM-207，滑动变阻器1个，计算机1台，系统仿真软件。　　三、实验原理分析　　1光伏电池的基本理论　　太阳能是一种辐射能，它必须借助一定的能量转换器才能变换成电能，这个把太阳能转换为电能的半导体能量转换器，就叫做光伏电池。光伏电池是光伏发电系统的重要组成部分，其光电转换效率和成本对光伏发电的发展具有决定性的影响。　　光伏电池的工作原理　　光伏电池是利用半导体材料的光生伏打效应制成的。所谓光生伏打效应，简单的说，就是当物体受到太阳辐射时时，其体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。半导体材料将光能转换为电能的效率特别高，因此光伏电池多为半导体材料制成。半导体光伏电池的发电过程可概括为如下　　四个过程：收集太阳光使之照射到光伏电池表面。光伏电池吸收具有一定能量的光子，激发出非平衡载流子——电子空穴对。这些电性符号相反的光生载流子在光伏电池P-N结内建电厂的作用下，电子-空穴对被分离，在P-N结两边产生异性电荷的积累，从而产生电动势，形成光生电压。在光伏电池P-N结的两侧引出正负电极，并接上负载，则在外电路中即有光生电流通过，从而获得功率输出，这样光伏电池就把太阳能直接转换成了电能。发展至今，光伏电池的种类已特别繁多，根据制作材料的不同可将光伏电池分为硅光伏电池、有机半导体光伏电池、化合物半导体光伏电池和薄膜光伏电池。　　光伏电池的等效电路及数学模型　　为了在光伏发电系统研究设计过程中，实现光伏电池与光伏发电系统的匹配，则需要建立光伏电池的数学模型，通过数学关系，来反映光伏电池各项参数的变化规律，以更加深入了解光伏电池输出特性。基于光伏电池的工作原理，整个光伏电池可简单的看作一个P-N结，其输出特性呈现非线性，等效电路由光生电流及内部并联电阻和串联电阻组成，如图1-1所示。当光照强度一定时，可将光伏电池看作恒流源，即光生电流Iph一定。部分Iph流经外部负载R形成端电压V，V正向偏置于P-N结二级管，引起与光生电流方向相反的暗电流Id。由于电池板表面的接触电阻以及材料本身具有的电阻率等原因，流经负载的电流经过它们时，必然产生一定的损耗，因此在等效电路中加入串联电阻Rs来代表这些损耗。对于电池边缘的漏电以及电池表面的划痕、微裂痕等处引起的金属桥漏　　电等问题，在等效电路中加入串联电阻Rsh来进行等效。　　图1-1光伏电池等效电路　　由光伏电池的等效电路可得：　　I=Ip??Id?Is?(1-1)　　对于Id有：　　q(V+IRs)AKTId=Ioexp?1(1-2)　　式中，Io为光伏电池的反向饱和漏电流；q为单个电子所含电荷量　　；K为波尔兹曼常数；A为光伏电池的二极管理想因子，用来决定其与理想P-N结半导体间的差异；T为光伏电池的温度。　　对于Ish有：　　Is?=V+IRs　　Rs?　　则光伏电池输出电流为：　　I=Ip??IoexpqV+IRsAKT?1?V+IRs　　Rs?(1-4)　　通常情况下，式1-4中的V(+IRs)/Rsh项远远小于光伏电池输出电流，因此该项可以忽略。由一片硅片构成的光伏电池称为单体；多个光伏电池单体组成的构件称为光伏模块；多个光伏模块构成的大型装置称为光伏阵列。单体产生的电压和电流很小，在实际应用中，通常使用光伏阵列来得到期望的电压和电流，它体现出来的特性与光伏电池特性类似，则光伏阵列输出电流为：　　I=NpIp??NpIoexpq(V+IRs)　　NsAKT?1(1-5)　　式中，Np和Ns分别为光伏阵列中光伏电池的并联和串联个数。实际应用中考虑到光伏电池的光照强度和电池结温的变化，根据光伏电池的工作原理可得：　　S　　refIp?=Isc,ref+α(T?Tref)S　　Voc=Voc,ref+β(T?298)(1-7)　　式中，Iscref,为标准测试条件下所测得的光伏阵列短路电流，即光伏阵列两端处于短路状态时