一種可模擬任意工況下光伏組件輸出特性的模擬器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種光伏組件模擬器，特別是一種可模擬任意工況下光伏組件輸出 特性的模擬器。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)今社會(huì)面臨的兩大問題一一環(huán)境污染問題和能源危機(jī)問題，其中環(huán)境問題清晰 的呈現(xiàn)在我們每個(gè)人的面前，身邊的溪流水污染，霧霾頻發(fā)等等。石油是人類用得最多的不 可再生能源，由于過度的挖掘開采帶來了地表塌陷和水污染的問題，我國消耗的能源75% 來自煤炭，已經(jīng)日益枯竭，且?guī)砹烁鞣N環(huán)境污染問題，這些不可再生能源的大量開采和利 用帶來的種種問題已經(jīng)向人類敲響了警鐘。而再生能源之一一一太陽能，無污染且資源豐 富，地球年均光照強(qiáng)度為0.201kW/m2，相當(dāng)于地球一年可獲得來自太陽102000TW的能量。因 此，太陽能得天獨(dú)厚的優(yōu)勢受到了人們廣泛的關(guān)注。
[0003] 太陽能將會(huì)在人類生活中扮演著越來越重要的角色。光電轉(zhuǎn)換勢不可擋，我國國 務(wù)院發(fā)表意見指出，2015年全總裝機(jī)容量要達(dá)3500，0000KW以上，在國家的領(lǐng)導(dǎo)下，光伏發(fā) 電產(chǎn)業(yè)將到達(dá)歷史新高峰，而光伏組件是光伏發(fā)電系統(tǒng)的最基礎(chǔ)以及最關(guān)鍵的部分，在研 究光伏發(fā)電系統(tǒng)之前，研究人員必須掌握光伏電池的輸出特性，否則無法開展進(jìn)一步的實(shí) 驗(yàn)和研發(fā)工作。因此，光伏模擬器成為重要實(shí)用的實(shí)驗(yàn)裝置。但是，目前的光伏模擬器只能 模擬標(biāo)準(zhǔn)情況下的光伏電池輸出特性，對于任意局部陰影遮擋條件下的工作情況，即光照 強(qiáng)度和光伏電池溫度不同時(shí)，無法提供正確的光伏陣列輸出特性，具有一定的局限性，實(shí)驗(yàn) 成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種可模擬任意工況下光伏組件輸出特性的模 擬器，解決傳統(tǒng)光伏電池模擬器只能模擬標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下的光伏電池輸出特性的缺陷，能 實(shí)現(xiàn)模擬隨機(jī)自然條件下即任意工況下、任意連接方式下的光伏組件的光伏電池輸出特 性，模擬精準(zhǔn)，設(shè)計(jì)和操作靈活簡單，降低實(shí)驗(yàn)成本。
[0005] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：
[0006] -種可模擬任意工況下光伏組件輸出特性的模擬器，包括PC機(jī)人機(jī)交互模塊、控 制器和主電路;主電路包括整流電路和DC/DC變換器；
[0007] 所述PC機(jī)人機(jī)交互模塊接收輸入?yún)?shù)并傳輸至控制器，輸入?yún)?shù)包括工況信息和 光伏組件參數(shù);控制器分別采集電網(wǎng)負(fù)載端的電壓和電流，再根據(jù)輸入?yún)?shù)進(jìn)行計(jì)算，輸出 PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制主電路;整流電路對電網(wǎng)提供的交流電進(jìn)行整流，得到直流電并傳送給 DC/DC變換器，DC/DC變換器在控制器輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制下對上述直流電進(jìn)行直流-直 流變換，并將變換結(jié)果傳送到控制器，控制器根據(jù)變換結(jié)果按光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型公式進(jìn)行 計(jì)算模擬，輸出模擬結(jié)果至PC機(jī)人機(jī)交互模塊顯示。
[0008] 所述任意工況包括標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下的工作情況和任意局部陰影條件下的工作情 況，即光照強(qiáng)度和光伏電池溫度均為任意設(shè)置。
[0009] 所述光伏組件包括單板形式和組件形式，其中組件形式包括多個(gè)單板的串聯(lián)形 式、并聯(lián)形式或串并聯(lián)形式。
[0010] 所述輸入?yún)?shù)包括光伏電池的開路電壓、短路電流、最大功率點(diǎn)電壓值、最大功率 點(diǎn)電流值、理想因子、串聯(lián)內(nèi)阻，還包括工作環(huán)境的光照強(qiáng)度和光伏板溫度，以及光伏板的 連接形式和連接數(shù)量。
[0011]所述光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型公式為：
[0012]
[0013]式中，
[0014] T為光伏電池的溫度；
[0015] IL是光伏電池的輸出電流；
[0016] Ul是光伏電池的輸出電壓；
[0017] IPh是光生電流，與光照強(qiáng)度G成正比，與光伏電池溫度T成反比；
[0018] 10是沒有光照時(shí)候的反向飽和電流；
[0019] q為電子電荷，值為1.6X10-19C;
[0020] Rs是串聯(lián)內(nèi)阻；
[0021] A是理想因子，其值取1到2之間的常數(shù)；
[0022] K是玻爾茲曼常數(shù)，值為1.38 X 10-23J/K。
[0023]所述模擬結(jié)果為光伏組件的I-V特性曲線和P-V特性曲線。
[0024]本發(fā)明的有益效果：
[0025]本發(fā)明在不失精確度的基礎(chǔ)上提高了光伏模擬器的實(shí)用性，不僅可以模擬各種類 型的光伏電池板輸出特性，還可以模擬不同光照和溫度條件下以及任意局部陰影遮擋條件 下的光伏組件輸出特性，克服了自然條件的隨機(jī)性給實(shí)驗(yàn)帶來的困難，模擬精準(zhǔn)，設(shè)計(jì)和操 作靈活簡單，降低實(shí)驗(yàn)成本。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明模擬器的的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2是本實(shí)施例1模擬結(jié)果的I-V特性曲線。
[0028]圖3是本實(shí)施例1模擬結(jié)果的P-V特性曲線。
[0029]圖4是本實(shí)施例2模擬結(jié)果的I-V特性曲線。
[0030]圖5是本實(shí)施例2模擬結(jié)果的P-V特性曲線。
[0031]圖6是本實(shí)施例3模擬結(jié)果的I-V特性曲線。
[0032]圖7是本實(shí)施例3模擬結(jié)果的P-V特性曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不作為對本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍 的限制。
[0034]如圖1所示，一種可模擬任意工況下光伏組件輸出特性的模擬器，包括PC機(jī)人機(jī)交 互模塊、控制器和主電路;主電路包括整流電路和DC/DC變換器；
[0035]所述PC機(jī)人機(jī)交互模塊接收輸入?yún)?shù)并傳輸至控制器，輸入?yún)?shù)包括工況信息和 光伏組件參數(shù);控制器分別采集電網(wǎng)負(fù)載端的電壓和電流，再根據(jù)輸入?yún)?shù)進(jìn)行計(jì)算，輸出 PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制主電路;整流電路對電網(wǎng)提供的交流電進(jìn)行整流，得到直流電并傳送給 DC/DC變換器，DC/DC變換器在控制器輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制下對上述直流電進(jìn)行直流-直 流變換，并將變換結(jié)果傳送到控制器，控制器根據(jù)變換結(jié)果按光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型公式進(jìn)行 計(jì)算，輸出I-V特性曲線和P-V特性曲線至PC機(jī)人機(jī)交互模塊顯示。
[0036] 所述任意工況包括標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下的工作情況和任意局部陰影條件下的工作情 況，即光照強(qiáng)度和光伏電池溫度均為任意設(shè)置。
[0037] 所述光伏組件包括單板形式和組件形式，其中組件形式包括多個(gè)單板的串聯(lián)形 式、并聯(lián)形式或串并聯(lián)形式。
[0038] 所述輸入?yún)?shù)包括光伏電池的開路電壓、短路電流、最大功率點(diǎn)電壓值、最大功率 點(diǎn)電流值、理想因子、串聯(lián)內(nèi)阻，還包括工作環(huán)境的光照強(qiáng)度和光伏板溫度，以及光伏板的 連接形式和連接數(shù)量。
[0039] 所述光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型公式采用四參數(shù)模型，四參數(shù)是指光生電流Iph、反向飽和 電流1〇、串聯(lián)內(nèi)阻R s以及理想因子A。
[0040] 由光伏電池的工作原理及其特性，得到光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型公式：
[0041] ⑴
[0042] 由于Rsh?Rs，故可忽略式（1)中的串聯(lián)內(nèi)阻和第三項(xiàng)，則可得光伏電池的數(shù)學(xué)模型 公式為： τ τ τ( ΓΦ, +IiRs)l
[0043] 1,. = Iph - I〇 exp ' 1 - 1 l: V 服1 ) J (2)
[0044] 式（1)和(2)中，1沖是光伏電池的光生電流，與光照強(qiáng)度G成正比，與光伏板溫度T成 反比；
[0045] I?是二極管電流，方向與Iph反向；
[0046] 仏是由電池體電阻、表面電阻和電極導(dǎo)體電阻等組成的串聯(lián)內(nèi)阻；
[0047] Rsh是因電池邊緣不清潔或體內(nèi)缺陷而引起的旁漏電阻；
[0048] Rl是電力負(fù)載電阻；
[0049] I 〇是沒有光照時(shí)候的反向飽和電流；
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