本发明涉及一种光伏电池
技术领域：
，尤其是一种光伏太阳能电池的优化分析方法。
背景技术：
：光伏发电在日常生产生活应用得越来越广泛。太阳能电池是光伏发电的基本组件。太阳能电池的可发电量受太阳光辐照度和温度的影响，辐照度越强，可发电量越大，温度越低可发电量也越大。在辐照度和温度一定时，太阳能电池实际输出电量，与其输出的电压或电流密切相关。因此，在太阳能电池工作时，需要让工作于特定的电压或电流的状态，这个状态点成为太阳能电池的最大功率点(MPP)。实际工作中，太阳能电池所处的光辐照度和温度一直在动态变化，因此其最大功率点也一直变化。为了让太阳能电池的实际输出电量接近于可发电量，需要一直追踪最大功率点，此算法成为最大功率点追踪算法(MPPT)。最简单的方法太阳能电池通过二极管和储能单元(如电池或超级电容)相连。通过这种方式，太阳能电池的工作状态由储能单元的电压决定，有时离其最大功率点差异很大，这种方式所获取能量甚至可以比MPP低35％。开路电压比例法是众多MPPT算法最简单的经典算法，该算法认为太阳能电池最大功率点时电压与其开路电压(即无电流输出)成固定的比例关系，VMPP≈KFOC*Voc，KFOC取值0.71-0.78。这是一种开环控制算法。该算法需要预先设置太阳能电池的电压参数，缺点是无法在辐照度和温度所有变化范围内都获得同样高的最大功率点跟踪效率。一些研究者根据太阳能电池的输出电压电流特性，测量最大功率点附近的几个状态点的电压电流，利用最大功率点的数学表达式求出最大功率点，可以在不影响太阳能电池正常工作的前提下实时快速的完成MPPT。此方法计算量较大，要求配置运算能力强的DSP或微处理器。还有一些方法研究了太阳能电池在不同光照和温度条件下最大功率点的相互关系，并用直线来拟合表达。对特定的太阳能电池，依据其在某一种条件下的最大功率点特性，可以推算出其他条件下的最大功率点的电压电流关系。此方法计算量较小，可用简单的MCU来实现，也可用纯模拟电路实现。该方法在已知温度下采用一条直线拟合不同光照下的最大功率点电压电流关系，其他温度下的拟合直线则由这条直线推算得到，然而在低辐照度下实际特性并非直线，因此误差较大。相关参考文献如下所示：[1]赵争鸣,刘建政,孙晓瑛.太阳能光伏发电及其应用[M].北京:科学出版社,2005.[2]王宏华.光伏发电原理及发展现状[J].机械制造与自动化,2010,4:186-189.[3]艾欣,韩晓男,孙英云.光伏发电并网及其相关技术发展现状与展望[J].现代电力,2013,1:1-7.[4]陈自祥,吴家涛.光伏发电在中国的发展现状和前景浅析[J].科技视界,2012,35:196.[5]侯岩.全球光伏电池的生产趋势及市场分析[J].电源技术,2011,35(3):338-341.[6]蔡宣三.太阳能光伏发电发展现状与趋势[J].电力电子,2007,2:3-6.[7]野村弘,藤原宪一郎,吉田正伸.使用PSIM学习电力电子技术基础[M].西安:西安交通大学出版社,2009.[8]T.Esram,P.L.Chapman.Comparisonofphotovoltaicarraymaximumpowerpointtrackingtechniques[J].IEEETransactionsonEnergyConversion,2007,22:439-449.[9]D.Dondi,D.BrunelliandL.Benini.Photovoltaiccellmodelingforsolarenergypoweredsensornetworks[C].TheSecondIEEEInternationalWorkshoponAdvancesinSensorsandInterfaces,2007,105-110.[10]A.Pandey,N.DasguptaandA.K.Mukerjee.Asimplesingle-sensorMPPTsolution[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,2007,22(2):698-700.[11]W.Li,Y.ZhengandW.Li.AsmartandsimplePVchargerforportableapplications[C].2010Twenty-fifthAnnualIEEEAppliedPowerElectronicsConferenceandExposition.2010:2080-2084.[12]G.J.Yu,Y.S.JungandI.Choi.Anoveltwo-modeMPPTcontrolalgorithmbasedoncomparativestudyofexistingalgorithms[C].ConferenceRecordoftheTwenty-NinthIEEEofPhotovoltaicSpecialistsConference,2002:1531-1534.[13]R.Faranda,S.LevaandV.Maugeri.EnergycomparisonofMPPTtechniquesforPVsystems[J].WSEASTransactionsonPowerSystems,2008,3(6):9:1-6.[14]F.J.Toledo,J.M.Blanes,A.Garrigos.Analyticalresolutionoftheelectricalfour-parametersmodelofaphotovoltaicmoduleusingsmallperturbationaroundtheoperatingpoint[J].RenewEnergy,2012,43:83-89.[15]J.E.M.Blanes,F.J.ToledoandS.Montero.In-sitereal-timephotovoltaicI-Vcurvesandmaximumpowerpointestimator[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,2013,28(3):1234-1240.[16]V.V.R.Scarpa,S.BusoandG.Spiazzi.Low-complexityMPPTtechniqueexploitingthePVmoduleMPPlocuscharacterization[J].IEEETransactionsonInductrialElectronics,2009,56(5):1531-1538.[17]M.Park,I.K.Yu.AstudyontheoptimalvoltageforMPPTobtainedbysurfacetemperatureofsolarcell[C].30thAnnualConferenceofIEEEIndustrialElectronicsSociety,2004,3:2040-2045.技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种折线拟合求太阳能电池最大功率点方法。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。一种折线拟合求太阳能电池最大功率点方法，首先建立数学分析模型：然后依据上述公式拟合计算得到不同温度下的多条最大功率点参考线系数，最后在不同温度下分别测量目标太阳能电池输出的电流IOUT、电压VOUT,代入公式(1)进行计算并上下调整直至得到不同温度条件下目标太阳能电池的最大功率点追踪。作为本发明的一种优选技术方案，该方法包含以下步骤：A、分析模型的建立：太阳能电池在不同温度下的最大功率点参考线并非直线，分割点PT两侧的最大功率点参考线分别用LH和LL表示，分别用一条直线来拟合表示LH和LL，建立如下数学表达式模型：其中，V、I分别为太阳能电池的输出电压和电流，Vmpp为最大功率点电压，a、b、c、d为直线拟合系数，at、ct、b0、d0、VPT为特定温度下的常数，T为温度；B、数学拟合方法进行系数求解：B-1、将太阳能电池在标准温度下的开路电压、短路电流、温度系数输入到太阳能电池模拟软件中，建立一块模拟的太阳能电池；B-2、计算太阳能电池在不同辐照度和温度下的输出特性；B-3、利用太阳能电池模拟软件计算得到不同温度和不同辐照度条件下太阳能电池输出特性及其太阳能电池的最大功率点；B-4、将最大功率点的数据点绘制到一张太阳能电池的I-V特性图中，拟合得到不同温度下的最大功率点参考线图谱；B-5、针对每条最大功率点参考线的数据，使用太阳能电池模拟软件拟合得到式(1)的待求解系数，得到不同温度下的多条最大功率点参考线系数；C、最大功率点追踪算法：C-1、测量目标太阳能电池所处环境的温度数值，从对应的最大功率点参考线曲线中得到相应的系数；C-2、测量目标太阳能电池输出的电流IOUT、电压VOUT,将IOUT代入到公式(1)得到理论的Vcal；C-3、计算VOUT与Vcal的差值ev，依据ev的正负特性，调节IOUT的大小；C-4、调整至ev为0时，太阳能电池达到最大功率点，完成该温度条件下的最大功率点追踪；C-5、重复上述过程，完成不同温度条件下目标太阳能电池的最大功率点追踪。作为本发明的一种优选技术方案，步骤B-1中，所述标准温度采用25℃。作为本发明的一种优选技术方案，步骤B-1中，所述开路电压、短路电流、温度系数采用电池生产厂商提供的参数。作为本发明的一种优选技术方案，步骤B-1中，所述太阳能电池模拟软件采用PSIM9.3软件。作为本发明的一种优选技术方案，步骤B-2中，采用如下公式计算太阳能电池在不同辐照度和温度下的输出特性：式中，n为理想因子，k为波尔兹曼常数1.38×10-23J/K，q为电子电荷量1.6×10-19C，T为绝对温度值，Rs为等效串联电阻seriesresistance，RSH为等效并联电阻，IL为光生电流，Is为反向饱和电流，Vpv和Ipv分别是太阳能电池输出电压和电流。作为本发明的一种优选技术方案，步骤C-4中，采用PID调节方法使ev趋近于0，完成该温度条件下的最大功率点追踪。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明使用折线拟合来拟合表达太阳能电池在一定温度下不同光辐照度条件下诸多最大功率点的连线MPPRL，同时使用数学拟合方法求得每条MPPRL的系数。本发明提出了使用两条直线拟合已知温度时不同光照下的诸多最大功率点之间的关系曲线，以提高在低辐照度条件下的拟合精度，可用来实现高效率的开环控制MPPT，MPPT控制精度高，计算量小，可用纯电路或嵌入式系统实现，使用过程中无需测量太阳辐照度，易于实现，成本低廉。附图说明图1显示太阳能电池的I-V特性及不同温度的MPPRL及其折线拟合。图中可见，在温度固定的情况下，不同光辐照度下太阳能电池最大功率点的连线在光辐照度高于一定强度后呈近似直线，而光辐照度较弱时，线性度则较差；太阳能电池最大功率点的连线为最大功率点参考线(MaximPowerPointReferenceLine，MPPRL)，图中各条虚线即是不同温度下的MPPRL。具体实施方式以下实施例详细说明了本发明。本发明所使用的各种原料及各项设备均为常规市售产品，均能够通过市场购买直接获得。实施例1一种折线拟合求太阳能电池最大功率点方法，包含以下步骤：A、分析模型的建立：太阳能电池在不同温度下的最大功率点参考线并非直线，分割点PT两侧的最大功率点参考线分别用LH和LL表示，分别用一条直线来拟合表示LH和LL，建立如下数学表达式模型：其中，V、I分别为太阳能电池的输出电压和电流，Vmpp为最大功率点电压，a、b、c、d为直线拟合系数，at、ct、b0、d0、VPT为特定温度下的常数，T为温度；B、数学拟合方法进行系数求解：B-1、将太阳能电池在25℃标准温度下的开路电压、短路电流、温度系数(可由电池生产厂商提供)输入到太阳能电池模拟软件PSIM9.3中，建立一块模拟的太阳能电池；B-2、采用如下公式计算太阳能电池在不同辐照度和温度下的输出特性：式中，n为理想因子，k为波尔兹曼常数1.38×10-23J/K，q为电子电荷量1.6×10-19C，T为绝对温度值，Rs为等效串联电阻seriesresistance，RSH为等效并联电阻，IL为光生电流，Is为反向饱和电流，Vpv和Ipv分别是太阳能电池输出电压和电流；为了方便，实际应用中可将此公式集成设置到太阳能电池模拟软件中；计算太阳能电池在不同辐照度和温度下的输出特性；B-3、利用太阳能电池模拟软件计算得到不同温度和不同辐照度条件下太阳能电池输出特性及其太阳能电池的最大功率点；B-4、将最大功率点的数据点绘制到一张太阳能电池的I-V特性图中，拟合得到不同温度下的最大功率点参考线图谱；B-5、针对每条最大功率点参考线的数据，使用太阳能电池模拟软件拟合得到式(1)的待求解系数，得到不同温度下的多条最大功率点参考线系数；C、最大功率点追踪算法：C-1、测量目标太阳能电池所处环境的温度数值，从对应的最大功率点参考线曲线中得到相应的系数；C-2、测量目标太阳能电池输出的电流IOUT、电压VOUT,将IOUT代入到公式(1)得到理论的Vcal；C-3、计算VOUT与Vcal的差值ev，依据ev的正负特性，调节IOUT的大小；C-4、调整至ev为0时，太阳能电池达到最大功率点，完成该温度条件下的最大功率点追踪；实际应用中，可采用PID调节方法使ev趋近于0，完成该温度条件下的最大功率点追踪；C-5、重复上述过程，完成不同温度条件下目标太阳能电池的最大功率点追踪。上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。当前第1页1 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