离网型光伏发电系统设计报告材料.docx

新能源技术课程设计预习报告 题目 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 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； 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； 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； 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； 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； 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 TENMARS TM-207，滑动变阻器（100 欧姆，200 瓦）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。 （1）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：（1）收集太阳光使之照射到光伏电池表面。（2）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。（3）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。（4）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。 （2） 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I ph 一定。部分I ph 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=Iph- 对于Id 有：Id 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 （1.6×10-19C）；K 为波尔兹曼常数（1.38×10-23J/K）；A 为光伏电池的二极管理想因子（A= 对于Ish 有： Ish 则光伏电池输出电流为： I=I 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=N 式中，N p 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： Iph= Voc 式中， Isc ref, 为标准测试条件下（光照强度 Sref =1000W /m2 ，电池结温 Tref ?=298K ，太阳辐射光谱 AM=1.5）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测得的电流,α为光伏阵列短路电流温度系数；