光伏阵列在不均匀光照下的输出特性仿真研究

赵品

摘要：文章以Matlab/Simulink为工具建立仿真模型，得到在不均匀光照下光伏阵列的输出特性。根据光伏发电的原理和光伏电池的内部结构，在simulink中搭建模型光伏阵列的模型。在不同的光照条件下，通过对模型的仿真得到I-U曲线和P-U曲线，根据仿真结果对输出特性进行总结并得出结论。

关键词：光伏阵列；不均匀光照；输出特性；信真模型；Matlab；Simulink 文献标识码：A

中图分类号：TM914 文章编号：1009-2374（2015）29-0024-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.012

1 光伏发电的基本原理

1.1 光伏电池的数学模型

光伏电池的等效电路如图1所示，图中，为光生电流，取决于光伏电池的面积和入射光的辐照度和本体的温度；为暗电流，是光伏电池无光照时由外电压作用下PN结流过的单向电流；为负载电流；为开路电压，与入射光的辐照度的对数成正比，与环境温度成反比；为串联电阻，一般小于1欧姆；为旁路电阻，一般为几千欧姆；I0为无光照时的饱和电流；为短路电流。

2 仿真探索不均匀光照下光伏阵列的输出特性

2.1 模型介绍

模型中每一个光伏电池都并联了一个旁路二极管，但只并联旁路二极管时运行中会报错，因此旁路二极管旁又并联一个电阻，光伏阵列模块由4个光伏电池串联。光伏电池模块如图2所示：

用以上模型仿真，将光伏阵列的输出电压、输出电流、输出功率导入matlab的workspace当中，即可画出相应的光伏阵列输出特性曲线。

2.2 不均匀光照下光伏阵列的输出特性

2.2.1 一种光照时光伏阵列的输出特性。将4个光伏电池的光照均设为时，输出光伏阵列的I-U特性曲线和P-U特性曲线，如图3（a）和3（b）所示：

观察图3，在I-U特性曲线中，光伏阵列的开路电压即为4个光伏电池串联后的开路电压，；光伏阵列的短路电流即为4个光伏电池串联后的短路电流，。P-U特性曲线中，光伏阵列最大功率点电压为，最大功率为，。仿真所得图线与理论计算结果一致。

2.2.2 两种光照时光伏阵列的输出特性。将4个光伏电池的光照分别设为、、、，输出光伏阵列的I-U特性曲线和P-U特性曲线，如图4（a）和4（b）所示：

2.2.3 三种光照时光伏阵列的输出特性。将4个光伏电池的光照分别设为、、、，输出光伏阵列的I-U特性曲线和P-U特性曲线，如图5（a）和5（b）所示：

2.2.4 四种光照时光伏阵列的输出特性。将4个光伏电池的光照分别设为、、、，输出光伏阵列的I-U特性曲线和P-U特性曲线，如图6（a）和6（b）所示：

2.2.5 不均匀光照下光伏阵列的输出特性仿真总结。（1）当整个光伏阵列中只有一种光照时，其I-U特性曲线上只有一个膝点，其P-U特性曲线上只有一个峰值；（2）当某块光伏电池被遮挡时，由于所接受到的光照下降，导致被遮挡的光伏电池的I-U特性曲线上短路电流的下降，同时由于遮挡导致光伏电池温度升高，其相应的开路电压也会相应减小。因此，当光伏阵列中的某块电池被遮挡时，其光伏阵列的输出特性会发生变化，即整个光伏阵列的I-U特性曲线上会出现多个膝点，而对应的P-U特性曲线上可能会出现多个峰值；（3）当有个光伏电池串联，有（）种光照时，光伏阵列的I-U特性曲线将有个膝点，P-U特性曲线可能会出现个波峰。

参考文献

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[2] 吴忠军，刘国海，廖志凌.硅太阳电池工程用数学模型参数的优化设计[J].电源技术，2007，31（11）.

[3] 吴海涛，孔娟，夏东伟.基于Matlab/Simulink的光伏电池建模与仿真[J].青岛大学学报（工程技术版），2006，21（4）.

[4] 任驹，郭文阁，郑建邦.基于P-N结的太阳能电池伏安特性的分析与模拟[J].光子学报，2006，35（2）.

（责任编辑：周 琼）