光伏组件数学模型分析

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：一般光伏电池组件的并联数乘以每一个待并支路的最佳工作电流即为蓄电池的充电电流。

1.光伏电池电压和电流的关系

当光伏组件电压为U时,其对应的电流I为

其中

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上三式中 Isc——短路电流,A；

Uoc——开路电压,V；

Imax——最大功率点电流,A；

Umax——最大功率点电压,V。

2.光伏组件的输出功率和填充因数

光伏组件的最大输出功率Ppvmax用公式表示为

式中 FF——光伏电池的填充因数或曲线因数。

填充因数是表征光伏电池性能优劣的一个重要参数,一般FF＜1。由图2-5中可以看出,在接近Uoc的附近伏安特性曲线近似为直线区段,这段直线对应横轴的斜率可以近似表征出光伏电池的串联电阻Rc,即Rc≈,该线段越陡,表明Rc越小,则曲线因数FF越大,此时对应的光伏电池输出特性也越好,电池的光电转换效率越高。

光伏组件的输出功率Ppva用公式表示为

式中 I——光伏组件的电流值,A；

U——光伏组件对应电流I的电压值,V；

ηpva——光伏组件的光电转换效率。

3.光伏阵列的输出效率

光伏电池的光电转换效率ηpva是指受光单体光伏电池的最大输出电功率与辐射到该电池受光平面几何面积上全部光功率的百分比,即

式中 Pin——太阳光输入功率,kW。

影响光伏电池效率的因素很多,主要有太阳光的波长、光伏电池表面光的反射、光伏电池的串联电阻、填充因数等,光伏电池的实际效率是扣除各部分损耗之后折合的总效率。不同的光伏电池其光电转换效率ηpv值也不同,一般情况下,光伏电池的实际效率大约为10%～20%。

4.光伏组件串、并联的个数

在构成光伏阵列时,根据负荷用电量、电压、功率、光照情况等,确定光伏电池的总容量和光伏电池的串、并联数量。当将光伏电池组件串联使用时,总的输出电压是单个电池组件工作电压之和,而总的输出电流等于所有电池组件中工作电流最小的电池组件的电流；当将光伏电池组件并联使用时,总的输出电压是光伏电池组件工作电压的平均值,而总的电流为光伏电池组件的工作电流之和。

确定光伏电池组件串联数,即光伏阵列总的输出电压时,主要考虑负载电压的要求,同时考虑蓄电池的浮充电压、温度以及控制电路等的影响。如果总的输出电压过低不能满足蓄电池正常的充电要求,就可能出现光伏电池只有电压没有电流输出的现象,而且光伏电池的输出电压随温度的升高还会呈现负特性。最佳的选择是使其工作在伏安特性曲线的最大工作点位置。

确定光伏电池组建并联数,即光伏阵列总的输出电流时,主要考虑负载每天的总耗电量,当地年平均峰值日照时数,同时考虑蓄电池组的充电效率等。一般光伏电池组件的并联数乘以每一个待并支路的最佳工作电流即为蓄电池的充电电流。

5.光伏阵列的发电量

光伏阵列输出的电压和功率可表示为

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