数值分析真正的光伏模块的各种参数

文摘

本文提出了一种真实的光伏模块的建模和模拟从模型光伏(PV)细胞。 , ,和特征模拟不同太阳辐射,温度,串联电阻和并联电阻。为一个真正的光伏模块(模块、afp - 235 W)有估计串联和并联电阻的大力表现模块的最优值1000 W / m的太阳辐射²和环境温度25°C。温度影响分析了PV模块性能通过使用热模型、模块的afp - 235 w使用有限元方法。光伏模块的表面温度变化从一个较低的值40.15°C到52.07°C的高价值。电流和功率估计在错误从1.55%降至约4.3%。实验数据测量的光电、模块afp - 235 w一整个白天。

1。介绍

太阳能是一种可再生、无污染能源的重要年度riseup和这一趋势是一个提升的道路。当地生产的可再生能源越来越提升作为一个负担得起的和可持续能源的关键在偏远地区,在小型社区,或为小消费者甚至到大城市。光伏系统实现形成光伏(PV)细胞;光伏电池的主要优势之一是,他们是高度模块化和适当的扩展,它们可以将提供足够的电力为各种负载(1]。这些细胞取决于光生伏打效应将太阳辐射转换为电能和生成的光电流正比于太阳辐射(2]。光伏电池的输出特性是非线性波动和太阳辐射、电池温度、串联和并联电阻和其他参数的数学模型3]。

光伏组件的建模与仿真开始很久以前,但这些模型进行了分析和提出了不断的改进2,4- - - - - -6]。光伏电池的数学模型的实现专业软件MATLAB-Simulink被广泛使用。计算模型实现了使用参数的方程作为热电压、光伏电流、二极管饱和电流,理想的因素。的主要特点,如电流电压(- - - - - -)和电压(- - - - - -)特点1,4,7- - - - - -10]。串联和并联电阻有重要影响光伏电池参数和这些电阻被认为是数学模型,但在某些情况下(11- - - - - -13的串联电阻被忽视到模型和在某些情况下13- - - - - -17并联电阻被忽视。光伏板的热分析是研究的一个重要组成部分,以估计光伏模块和温度分布的准确地确定太阳系的工作温度。光学参数的反射率、透射率和吸收率相关模块的层次考虑确定散热领域直接暴露在阳光下。热量通过对流和辐射损失也包含在模拟(18]。有限元分析被许多研究人员(18- - - - - -21]。还实证模型用于光伏设备(22]。

不同的研究考虑冷却系统以减少光伏面板的操作温度和提高它的性能19,23,24]。

在本文中模型的光伏模块开发和一些参数的影响分析了串联和并联电阻,温度和太阳照射在光伏模块输出的特点。模拟模块的特点实现考虑到光伏模块的实际数据、法新社235和热分析和热模拟也意识到。也有一些实验数据分析和注册一个235、模块在有规律地使用。作者大纲的变化实际光伏模块的主要电气特性取决于太阳辐射以及相关合适的光伏模块的功能的温度。

2。建模的光伏模块

2.1。理想的光伏电池

光伏(PV)细胞被认为是一个半导体二极管暴露于太阳辐射(图1)。这种辐射吸收的一部分连接创建的电子空穴对。这些电荷由电场E:电子迁移的““区域和空穴迁移””区域。这种分离是光生伏打效应,产生电流。这种情况可以建模为一个简化模型和一个理想的电流源并联二极管,光电电流和一个二极管电流 。光伏电池的实际方面可以考虑研究single-diode光伏模型串联电阻和一个并联电阻(图2)。

主方程来描述- - - - - -理想的光伏电池的特点是(1,4,7]

2.2。建模的光伏模块

许多研究[1,5,9,10)表明,对光伏电池的分析,有一些必要的补充参数(使用3): 在哪里 为了保证消费者所需的参数,光伏系统必须由足够数量的光伏电池串联或并联连接,通常被称为模块或数组。图3介绍了光伏系统的等效电路模型。

结构模块图3,(4)(5,8] 基于相同的特点,也要考虑以下物品:开路电压/温度系数(),短路电流/温度系数(),最大峰值输出功率实验()[5]。这些方面相关名义条件或标准测试条件(STC)。在这些条件下,光伏设备系列电阻有很强的影响系统运行时电压源区域和一个并联电阻有很强的影响力,当系统运行在电流源地区。在某些情况下(11- - - - - -13]电阻被忽视到模型和在某些情况下13- - - - - -17]抵抗是被忽视的。

对于一些点在图特征4(短路( )、开路( ),最大功率点( )),它可以编写如下的关系9]: 当前产生的光伏面板直接取决于太阳辐照和受温度影响下的关系(26,27]: 在哪里 名义开电压可以根据关系受到温度的影响(14]: 二极管的饱和电流还取决于温度(5,28,29日]: 在哪里是半导体的带隙能量(= 1.12 eV的多晶硅25°C)。饱和标称电流的值是由(5] 一些研究(5,30.,31日)建议改善饱和电流的二极管(建立的10)。当前的可以认为是约等于 ,这是一种很常见的假设在光伏建模(5]。给出一个好的近似假设,因为串联电阻通常是非常小的和并联电阻很大5,10]。在这些条件下饱和电流的二极管 光伏电池的性能也取决于填充因子(FF),这是细胞的比值最大力量和理想的力量光伏电池在相同的操作条件。

可变电阻负载在单元输出电源连接时将以最大阻力将会有一个最优值吗等于电压之间的比例和当前 ,图4。因此,生成的理论最大功率光伏电池将等于产品之间和 。

在这种情况下,填充因子(FF)被定义为 计算效率之间的比值在MPP(为一个特定的温度)和太阳辐照的力量:

3所示。串联和并联电阻的影响光伏电池性能

串联和并联电阻(和)FF减少填补一个重要影响因素。它的价值将减少增加,减少。值得注意的是串联电阻主要取决于半导体器件的内部电阻,接触电阻,电线电阻,它必须尽可能低。同时,并行阻力取决于金属结的边缘之间的桥梁,对材料缺陷(损失可以短路电流可以出现结)。通常,它的价值很高,从数千到十成千上万的欧姆。

之间的关系和可以估计从平等吗 ,导致电阻的关系(5,10]: 这个方程是解决连续迭代,直到它导致光伏设备的最佳解决方案。解决方案必须承认最大的点和 ,在- - - - - -特征(图4)。在这些条件下,以下是结果10]: 的初始值被认为是零,值吗是由(7]

4所示。数值模拟和模拟真正的光伏模块

使用的参数、法新社(表235模块1)和名义操作条件(表的调整参数2)模拟在MATLAB-Simulink实现。

并给出了仿真的结果- - - - - - , - - - - - - ,和- - - - - -特征数据5- - - - - -16对不同太阳能辐照温度、串联电阻和并联电阻。

数据5,6,7呈现出- - - - - - , - - - - - - ,和- - - - - -特点为一个恒定的温度(25°C)和不同的太阳能辐射(从200 W / m²1000 W / m²)。从图5,与太阳辐射的增加当前的结果和从图将会增加6电压将会增加,这将增加生成的权力。数据8,9,10呈现出- - - - - - , - - - - - - ,和- - - - - -特点为一个常数辐射(1000 W / m²),对不同环境温度(从−20°C到60°C)。是观察到,随着温度的增加,电流增加而较低电压将显著减少。在这种情况下,权力交付的光伏模块将显著减少。

数据11,12,13呈现出- - - - - - , - - - - - - ,和- - - - - -并联电阻的一个常数值特征 Ω,串联电阻不同的值( Ω, Ω, Ω)和标准测试条件STC (1000 W / m²和25°C)。是观察到,对于一个高价值的抗性 ,结果将会降低电流和电压,因此,减少生成的权力。这种影响是更好的观察在最大功率点附近,那里最大功率和填充因数FF较低的值。在这种情况下有必要有一个串联电阻尽可能低,非常接近于零值。

数据14,15,16呈现出- - - - - - , - - - - - - ,和- - - - - -为一个常数串联电阻特性 Ω,并联电阻不同的值( Ω, Ω, Ω)和标准测试条件STC (1000 W / m²和25°C)。是观察到,对于一个低价值的并联电阻,结果将减少的值填充因数和权力。为了更好的光伏电池的操作,需要有一个并联电阻尽可能高。

从上述特点我们可以说大力表演、模块的afp - 235 w串联电阻时最优值 和并联电阻 Ω,太阳辐射的1000 W / m²和环境温度25°C。

5。温度对光伏模块性能的影响

环境温度的增加和热辐射的大力表现有负面影响光伏系统。研究这些方面的热模型、模块afp - 235 w使用有限元方法实现。材料的性质并给出了模块在桌子上3。

光伏面板是一个胶囊系统实现从许多连续层。因此,它是必要的具有较高的热导率,以保证良好的光伏电池的冷却。考虑这个建设层,热转移实现层之间的传导,对流和辐射。热分析的有限元方法假设一个建立热平衡每卷带 。 左边的方程是电流加热功率, 。它与存储的热量平衡时间温度的变化 ,热传导的权力从元素中删除 ,和热功率耗散的周边地区表面对流, 。为 , , ,和 ,下面的方程可以写成:

因此, 材料密度、比热和导热系数没有一个重要的温度变化;因此他们可以被视为常数。另一方面,电阻率有明显的温度变化,可以通过一个抛物线变化或一个线性估计。实验测试得出结论,这两种变异类型之间的区别并不重要。的电阻率与温度线性变化被认为是(32]: 符号: 图17显示了更高的热模拟的结果模块afp - 235 W的额定负载235 W认为是均匀分布的表面光伏面板。

光伏模块的表面温度变化是观察从低温40.15°C到52.07°C的高价值的顶部表面光伏模块。这个解释,因为变量热对流系数。这个系数包括循环气流从较低的面板。它只被认为是自然冷却的光伏模块和环境的温度是25°C。

6。实验数据的光伏模块

的实验分析光伏面板、模块afp - 235 w被认为是面向南方和倾向的45°。2016年5月26日,实验测试发现在7.00点到8点之间。太阳辐射测量使用太阳能Survey100/200R乐器,这是符合iec - 62446国际标准光伏系统。它测量太阳辐射最多1500 W / m²,解决1 W / m²。温度测量与Extech 42545红外温度计(范围:50⋯1000°C,决议:0.1°C)。115年数字万用表侥幸被用来测量电压和电流(分辨率为1 mV和1 mA)。图18显示的温度环境的演变,光伏模块的表面的温度,和太阳辐射变化的一天。随着太阳辐射的增加和吸收光伏模块表面,其温度增加是由于光子吸收。在环境的最高温度为28.3°C和太阳辐照的672 W / m²,模块表面的温度达到41.1°C的价值。

在数据19,20.,21模拟和实验 , ,分别为,模块特点PFV、235 W的介质温度25°C和太阳辐照的800 W / m²绘制。额定短路电流的值的 实验数据和 的模拟,一个错误的1.55%。名义的开路电压 实验特点和V 模拟一个V,−2, 6%的错误。在最大功率点的电压和电流的实验值 V, 和力量 W,而模拟结果值 V, 和力量 W。权力的错误估计约为4.3%。在这些特征中有一些模拟和实验数据之间的差异。例如在点(0.13),是有区别的,在点(),是有区别的2.42 V, MPP点,有一个2.24 V和0.982的区别(7.98 W)。这些差异是由于环境的真实温度的变化,太阳的照射,因此表面面板加热。还在面板表面灰尘沉积,风对实验数据具有重要的影响,因此在模拟数据和实验的区别的。

7所示。结论

在本文中模型的光伏模块开发和一些参数的影响分析了串联和并联电阻,温度和太阳照射在光伏模块输出特性( , 和特征)。为一个真正的光伏模块(模块、afp - 235 W)有估计串联和并联电阻的大力表现模块的最优值1000 W / m的太阳辐射²和环境温度25°C。温度影响分析了PV模块性能通过使用热模型、模块的afp - 235 w使用有限元方法。光伏模块的表面温度变化估计的差异大约12°C之间的底部和顶部的表面光伏模块。实验数据测量的光电、模块afp - 235 w一整个白天。模拟和记录数据之间的差异是由于环境的真实温度的变化,太阳的照射,因此表面面板加热。面板表面的灰尘沉积,风对实验数据具有重要的影响,因此在模拟数据和实验的区别的。

命名法

:	细胞的表面
:	的理想因子二极管,
:	比热
:	这一事件辐照
:	名义辐照(通常是1000 W / m2)
:	二极管的反向饱和电流
:	名义饱和电流
:	二极管电流
:	当前在MPP点
:	光伏电池的光电电流
:	光伏电流在名义辐照和温度
:	额定短路电流
:	电流密度
:	模块的开路电压温度系数
:	模块的短路电流温度系数
:	玻耳兹曼常数
:	总传递系数
:	周长长度的外表面
MPP:	最大功率点
:	并行连接的细胞数
:	串联的细胞的数量
:	热功率耗散环境区域的表面对流
:	加热电流
:	最大的实验能力
:	的最大峰值输出功率计算
:	热传导的权力从元素中删除
:	存储的热量时间温度的变化
:	电子电荷
:	模块的等效并联电阻
:	等效串联电阻的模块
:	表面对流
:	的环境温度
:	名义上的温度(通常是25°C)
:	开路电压
:	名义开路电压的模块
:	热模块的电压
:	在MPP的电压
:	电阻率变异系数与温度
:	材料的密度
:	热导率
:	电阻率
:	电阻率的温度
:	温度
:	光伏模块的初始温度
:	的温度环境
:	作为符号。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

引用

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