[发明专利]一种太阳能电池工程化数学模型的建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源发电技术领域，公开了一种太阳能电池工程化数学模型的建模方法。

背景技术

为了缓解能源危机与环境污染，世界各国都在积极开发和利用太阳能等可再生能源。太阳能光伏发电是太阳能众多利用方式中最重要的技术之一，已成为各国研究的热点。为了优化设计太阳能光伏发电系统，有必要建立适用于光伏发电系统设计应用的工程化数学模型。

在太阳能光伏应用系统设计时，大家关心的是太阳能电池的输出电气特性，它是随太阳光强、环境温度和太阳电池组件参数等不断变化的非线性函数。因此，理想的太阳能电池仿真模型应能基于这些变化的参数，较准确地模拟实际太阳能电池的输出I-V特性。生产厂家一般只提供太阳能电池组件在标准测试条件（太阳光强1000W/m²，电池温度25℃）下的四个电气参数，即短路电流I_sc、开路电压V_oc、最大功率点电流I_m和最大功率点电压V_m。因此如何根据厂家提供的这些参数建立一个实用、精确的工程简化数学模型，以模拟在任意不同的光强和电池温度下太阳能电池I-V特性尤为重要。常用的太阳能电池工程数学模型有单指数模型、双指数模型和多项式模型等三种，这些模型各有优缺点，但一个共同的特点是都没有考虑太阳能电池串联电阻的影响，显然这将会影响模型的精度。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种太阳能电池工程化数学模型的建模方法，考虑了在任意光强和温度下串联电阻参数的影响，能满足工程精度要求。

基于硅太阳能电池数学模型理论，忽略一些次要因素的影响，仅仅利用硅太阳能电池生产厂商提供的太阳能电池组件在标准测试条件（太阳光强1000W/m²，电池温度25℃）下的四个电气参数，即短路电流I_sc、开路电压V_oc、最大功率点电流I_m和最大功率点电压V_m。更为重要的是还考虑了在任意光强和温度下的串联电阻参数的影响，提高了模型的精度。其改进之处在于，包括如下两个步骤：

(一)估算任意光强和温度下太阳能电池串联电阻

目前普遍使用的硅太阳能电池理论数学模型：

I=Iph-Isat{exp[q·(V+IRs)nkT]-1}-V+IRsRsh--(1)]]>

式(1)能较好地描述太阳能电池一般工作状态下的I-V特性，已被广泛应用于太阳能电池理论分析中。但是，由于式(1)中的5个参数(I_ph、I_sat、n、R_sh和R_s)与电池温度和太阳光强有关，确定十分困难，而且电池生产厂商也不提供这几个参数，因此式(1)不适用于光伏发电系统工程设计。