凸弯曲柔性光伏电池模块的非线性化电流数学模型及方法与流程

本发明涉及一种单晶硅柔性电池模块在对称凸弯曲一次时的电流数学模型，尤其是采用非线性化分析实现该数学模型的建立。

背景技术

传统的太阳能电池板常常会让人觉得比较笨重和坚硬，而柔性太阳能电池比原始生产材料成本更低，更持久耐用并且更加美观。这种薄膜电板，还可以安置在不规则的摩天大楼的外观结构表面，吸收太阳能量并转化为电能。柔性太阳能电池板采用高晶硅材料制成，并用高强度以及高性能耐紫外线辐射的专用密封材料层压制而成，具有抗融雪，抗震，防压等等多种优点。是一种先进无污染的高科技产品。

目前，应用薄膜光伏电池板的行业越来越多，其中农业的温室大棚应用比较广泛，利用温室建筑安装太阳能电池板，将温室生产与光伏发电系统有机结合的光伏温室技术，可实现太阳能发电与温室生产的一体化，太阳能发电直接供给温室使用，既有效利用了土地资源，又节省了电力传输中的能源和资材消耗，而且解决了太阳能利用的时空转移，可获得温室夜间和阴雨天的能量补充。

除了农业方面，在太阳能力学方面目前也取得一定的进展，随着太阳能电池建筑一体化的不断发展，太阳能电池不再只是建筑结构的附加品，在越来越多的现代建筑结构中，逐渐出现太阳能电池与结构构件结合的应用，而这些应用使得太阳能电池不可避免的承受结构构件传递过来的应力的作用。目前，国内对此作了较长时间的理论和实验研究，提到了农业大棚和太阳能电池在力学上的应用，没有考虑到在复杂的阴影条件下的光伏阵列的建模。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种凸弯曲柔性光伏电池模块的非线性化电流数学模型。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种凸弯曲柔性光伏电池模块的非线性化电流数学模型，包括搭建的柔性光伏板模型以及设置于柔性光伏板模型上方的实验光源，n个光伏电池串联形成光伏电池串，2m串所述光伏电池串并联组成柔性光伏板模型。

进一步地，中间的一串光伏电池串为第m串，第m串光伏电池串受到的光照强度最大，从第m串开始光照强度向两边呈非线性递减。

进一步地，所述柔性光伏板模型的数学模型为：

本发明还提供一种凸弯曲柔性光伏电池模块的非线性化电流数学方法，包括：

步骤1：搭建实物光伏板模型；

步骤2：根据实物模型搭建光伏板的数学模型；

步骤3：非线性分析实物图的搭建；

步骤4：构建柔性薄膜对称凸弯曲一次时的数学模型。

进一步地，n个光伏电池串联形成光伏电池串，2m串所述光伏电池串并联组成柔性光伏板模型；中间的一串光伏电池串为第m串，第m串光伏电池串受到的光照强度最大，从第m串开始光照强度向两边呈非线性递减。

进一步地，整个柔性光伏板光照条件下不同区域的光照强度s由光伏板的弯曲度决定，

式中：k为常数；nc为串联电池数目，np为并联电池组数目，iscref为标准条件下的短路电流，si为不同条件下的光照强度，sref＝1000w/m²,表示标准光照强度，δt＝t-tref，t为实际温度，tref为标准条件温度，tref＝25℃，vmerf为最大功率点处电压，vocref为开路电压，imref为最大功率点处电流，iscref为短路电流。

本发明的有益效果如下：

本发明以太阳能电池的工程模型为基础，结合电路的串并联理论，建立阴影条件下的光伏阵列的数学模型。本发明的构建工作在红外紫外波段的金卤灯、红外波段的白炽灯光源阵列机械机构模拟太阳光光源。控制光源的光照强度(白炽灯)、疏密、仰角等参数，研究并探索不同高效率光源条件时柔性薄膜光伏板模块在自然状态下的电压、电流、功率等电气参数的变化规律。研究并探索对称凸弯曲一次时的柔性薄膜光伏板模块与光源的垂直距离，弯曲弧度，弯曲度随时间变化(即老化)的电气参数的变化规律。

附图说明

图1是搭建实物光伏板模型示意图；

图2是根据实物模型搭建光伏板的数学模型示意图；

图3是非线性分析实物图的搭建示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一

本实施例提供一种凸弯曲柔性光伏电池模块的非线性化电流数学模型，包括搭建的柔性光伏板模型以及设置于柔性光伏板模型上方的实验光源，n个光伏电池串联形成光伏电池串，2m串所述光伏电池串并联组成柔性光伏板模型。

中间的一串光伏电池串为第m串，第m串光伏电池串受到的光照强度最大，从第m串开始光照强度向两边呈非线性递减。

柔性光伏板模型的数学模型为：

式中：nc为串联电池数目，np为并联电池组数目，iscref为标准条件下的短路电流，si为不同条件下的光照强度，sref＝1000w/m²,表示标准光照强度，δt＝t-tref，t为实际温度，tref为标准条件温度，tref＝25℃，vmerf为最大功率点处电压，vocref为开路电压，imref为最大功率点处电流，iscref为短路电流。

实施例二

本实施例提供一种凸弯曲柔性光伏电池模块的非线性化电流数学模型，包括如下步骤：

步骤1：搭建实物光伏板模型。

如图1所示，在柔性光伏板正上方放置一个金卤灯作为实验光源。

步骤2：根据实物模型搭建光伏板的数学模型。

如图2所示，令n个光伏电池串联，然后令2m串光伏电池并联组成电池板模型，中间的一串为第m串，受到光照强度最大，从第m串开始光照强度从两边逐渐递减。

步骤3：构建柔性薄膜对称凸弯曲一次时的数学模型。

非线性分析实物图的搭建如图3所示。当光照强度呈非线性递减时，假设光伏板呈凸状正对光源，中间第m串光照强度最大，为sm，中间的一串光照强度最大，两边的光照强度依次递减，整个柔性光伏板光照条件下不同区域的光照强度s由光伏板的弯曲度决定，

其中k为常数

对应的数学模型为：

式中：nc为串联电池数目，np为并联电池组数目，iscref为标准条件下的短路电流，si为不同条件下的光照强度，sref＝1000w/m²,表示标准光照强度，δt＝t-tref，t为实际温度，tref为标准条件温度，tref＝25℃，vmerf为最大功率点处电压，vocref为开路电压，imref为最大功率点处电流，iscref为短路电流。式中：

voc＝vocrefln(e+bδs)(1-cδt)；

a＝0.0025/℃；

b＝0.5m²/w，c＝0.00288/℃为常量；

其中：

其中，包括以下变量：

δt＝t-tref

δs＝s-sref

voc＝vocrefln(e+bδs)(1-cδt)

im＝imrefln(e+bδs)(1-cδt)

将上述变量带入得：

综上所述，本发明以太阳能电池的工程模型为基础，结合电路的串并联理论，建立阴影条件下的光伏阵列的数学模型。本发明的构建工作在红外紫外波段的金卤灯、红外波段的白炽灯光源阵列机械机构模拟太阳光光源。控制光源的光照强度(白炽灯)、疏密、仰角等参数，研究并探索不同高效率光源条件时柔性薄膜光伏板模块在自然状态下的电压、电流、功率等电气参数的变化规律。研究并探索对称凸弯曲一次时的柔性薄膜光伏板模块与光源的垂直距离，弯曲弧度，弯曲度随时间变化(即老化)的电气参数的变化规律。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。