光伏发电系统中MPPT控制方法研究(3)

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3.2 太阳能光伏电池数学模型

当光照处于恒定状态时，因为光生电流是不会随光伏电池工作状态的变化而变化，所以在等效电路中，可以当作为一个恒流的电源。两端的负载接入光伏电池后，光生电流将流过负载，并在负载的两端建立起一个端电压。负载端电压将会反作用于太阳能光伏电池的P-N结上，并产生一股与光生电流方向相反的电流。此外，由于太阳能光伏电池板表面的电极材料本身和附有电阻率，工作电流流过板子时必将引起电池板内部的串联损耗，故引入一个串联电阻。串联电阻的阻值越大，线路的损失也就越大，光伏电池的输出效率也就越低。在实际情况下，光伏电池一般串联的电阻都比较小，基本上都在欧到几欧之间。另外，在生产过程中，光伏电池的金属电极和边缘在制作时可能会产生微小的划痕、裂痕，从而会产生漏电，最终会导致本来要流过负载的光生电流短路失效，因此用一个电阻并联来实现等效。与串联电阻相比来说，并联电阻一般都比较大，一般在以上。

太阳能光伏电池的等效电路如下图3-1所示。

图3-1 太阳能光伏电池的等效电路图

由太阳能光伏电池的等效电路可以得到：

（3-1）

其中 —流过负载的电流；

—与日照强度成正比例关系的光生电流；

—流过二极管的电流；

—太阳能光伏电池的漏电流。

而（3-2）

= （3-3）

上两式中， —太阳能光伏电池的串联电阻。

—绝对温度（）；

—P-N结的理想因子；

—太阳能光伏电池的并联电阻；

—反向的饱和电流；

—电子电荷（）；

—波尔兹曼常数（）；

所以，综合式（3-1）、（3-2）、（3-3）可得：

(3-4)

3.3 太阳能光伏电池的输出特性

太阳能光伏电池由于往往受到温度、日照强度等外界因素影响很多，因此，其输出具有很明显的非线性，图3-2是太阳能电池的伏安特性曲线图。

（a）常温下不同日照下（b）相同日照不同温度下

图3-2 太阳能光伏阵列的伏安特性图

由以上图可知，当温度相同时，随着日照强度的不断增加，太阳能电池的开路电压几乎没有变化，短路电流不断增加，最大输出功率也在不断增加；当日照强度相同时，随着温度的不断升高，太阳能光伏电池的开路电压开始下降，短路电流不断增加，最大输出功率却在减小。另外，无论在任何日照强度与温度下，太阳能光伏电池板始终只有一个最大功率点，日照强度(或温度)不同，最大功率点位置也不同。来!自~751论-文|网www.751com.cn

3.4 太阳能电池的等效模型

因为光伏电池特性往往会受到温度和光照强度等外界因素的影响，所以直接利用太阳能电池实验时，则时间长；由于利用人为建立的环境(需要人工制冷器、可变光源等)或购买光伏电池模拟器的费用比较高。因此可以用一种简单方法去模拟实现太阳能光伏电池的功能，使最大功率点（MPPT）控制器得到验证，将为光伏技术的迅速发展提供一个很好的条件。