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排列3 www.jeimw.cn 温度对光伏组件输出的影响

光伏电池及特性 太阳能是一种辐射能,必须借助与能量转换器才能变换成电能。太阳能光伏电池在 太阳光的照射下,光伏电池吸收一定的光能量后,在其内部有可以自由移动的电荷,在 电场的作用下,自由移动的电荷集中在电池两端形成电动势。本章研究了光照强度、温 度对最大功率点的影响,并建立了光伏电池的理想数学模型和实际工程的模型,并用仿 真实验验证了模型的有效性。 4.1 太阳能光伏组件的概述及种类 太阳能电池片封装组成太阳能光伏组件,将太阳能光伏组件串并联构成太阳能光伏 阵列。太阳能光伏阵列的基本电路构成是由太阳能光伏组件串、防止逆流元件、旁路元 件和接线箱等构成。 光伏发电系统都必须有防止从蓄电池流向光伏阵列的反向电流方法。如果控制器中 没有这项功能,就要用到阻塞二极管(控制光伏系统中的反向电流)。阻塞二极管既可 装在每一并联支路,又可装在阵列与控制器之间的干路上。光伏阵列阻塞二极管的接法 如图 4.1 所示。

目前,太阳能电池的种类很多,可采用不同的方式对其进行分类,比如按结构、材 料、用途等进行分类。除了硅电池以外,还有有机电池以及硅薄膜电池等,太阳能电池 广泛应用的是硅太阳能电池。硅太阳能电池指以硅为基础的太阳能电池,有单晶硅太阳 能电池、多晶硅太阳能电池等。 4.2 光伏电池的基本原理及输出特性 在太阳光照射下,光伏电池内部 P-N 结电荷的分布状态发生变化,在电场的作用下, 积累在电池两端,并产生电动势。在引出的两极上连接负载,电流经过负载。其光伏电池受电示意图如图 4.2 所示。光伏电池的基本工作原理:当 P-N 结半导体获得一定的光电能,在电池内部产生一 对电子与空穴,电子被驱向 n 区,空穴集中在 p 区,形成光生电场。光生电场的一部分 抵消内部电场,多余的产生电动势,即光生伏打电动势(Photovoltaic electromotive force)。 在光伏电池的两端接上负载时,产生电流 [41] 。 4.3 光伏电池的理论模型 光伏电池本身就是一个 P-N 结,其等效电路由光生电流源及电阻(内部并联电阻 sh R 和串联电阻 s R )组成,光伏电池等效电路模型如图 4.3 所示。 当等效电路处于开路时,光生电流 ph I 流过二极管,其压降即为光伏电池的开路电压 oc U ,光照越强,光生电流 ph I 越大,开路电压 oc U 越高;光照越弱,光生电流 ph I 越小,则 开路电压 oc U ??;这种增长是一种对数关系,并且与二极管的系数也有关。

根据图 4.5 光伏电池的模型进行仿真。将环境温度固定在 25 o C,对光照强度在 1000w/m 2 、800w/m 2 、600w/m 2 、400w/m 2 时分别进行仿真,得出光伏组件的输出曲线, 然后将不同光照强度下的输出进行拟合。不同光照条件的 I-U 特性曲线如图 4.8 所示和 不同光照条件的 P-U 的特性曲线如图 4.9 所示。 由图 4.8 所示,在标准的环境的温度下,当光照由 1000w/m 2 降低到 400w/m 2 时, 光伏组件的电压 ocref U 由 37.6V 降到 35V 左右;其短路电流 scref I 从 8.92A 下降到 3.8A 左 右。在一定的范围内,光电流随光照强度的增长而线性增长,但是光伏组件的开路电压 基本恒定。 由图 4.9 所示,在标准温度条件下,随着光照强度的降低,光伏组件的输出功率 P在都有所下降,但是对应在最大功率点处,其下降的最快,从 250w 下降到 80w 左右。 由此可以看出,光伏组件的最大输出功率随着太阳光照强度的增强而增大。

将光照强度稳定在 1000w/m 2 ,讨论不同温度对光伏组件输出的影响。分别对 15 o C、 25 o C、40 o C 和 60 o C 等四个温度下,进行光伏组件仿真并获得输出特性曲线,然后将四 个不同温度下仿真结果进行曲线拟合,得到不同温度的 I-U 的特性曲线如图 4.10 所示及 不同温度的 P-U 的特性曲线如图 4.11 所示。 由图 4.10 所示,在标准光照条件下,光伏组件的电流输出特性随环境温度变化?;肪澄露扔?15 o C 上升到 60 o C 时,其短路电流 scref I 从 8.6A 上升到 9.7A 左右,其开路电压 随温度的上升逐渐降低,变化较小。表明温度对光伏组件的开路电压基本没有影响,但 是光伏组件的最大输出电流随温度上升而升高。 由图 4.11 所示,在标准光照条件下,环境温度由 15 o C 上升到 60 o C 时,光伏组件的 开路电压 ocref U 从 39V 下降到 34V,其最大输出功率由 255w 下降到 240w 左右。表明温 度对光伏组件的最大输出功率基本没有影响,但是光伏组件的最大输出功率电压随着温 度的上升而下降。

 
     
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