Солнечная батарея

Фотоэлектрическая солнечная батарея

Библиотека

Simscape / Электрический / Источники

Описание

Блок Solar Cell представляет солнечную батарею текущий источник.

Модель солнечной батареи включает следующие компоненты:

Солнечно вызванный ток

Блок представляет одну солнечную батарею как сопротивление Rs, который соединяется последовательно с параллельной комбинацией следующих элементов:

  • Текущий источник

  • Два экспоненциальных диода

  • Параллельный резистор Rp

Следующий рисунок показывает схему эквивалентной схемы:

Вывод текущий I

I=Iph−Is*(e(V+I*Rs)/(N*Vt)−1)−Is2*(e(V+I*Rs)/(N2*Vt)−1)−(V+I*Rs)/Rp

где:

  • Iph является солнечно вызванным током:

    Iph=Iph0×IrIr0

    где:

    • Ir является облученностью (интенсивность света), в W/m2, падающем на ячейку.

    • Iph0 является измеренным солнечно сгенерированным током для облученности Ir0.

  • Is является насыщением, текущим из первого диода.

  • Is2 является насыщением, текущим из второго диода.

  • Vt является тепловым напряжением, kT/q, где:

    • k является Постоянная Больцмана.

    • T является значением параметров Device simulation temperature.

    • q является элементарным зарядом на электроне.

  • N является добротностью (диодный коэффициент эмиссии) первого диода.

  • N2 является добротностью (диодный коэффициент эмиссии) второго диода.

  • V является напряжением через электрические порты солнечной батареи.

Добротность отличается для аморфных ячеек и обычно является 2 для поликристаллических ячеек.

Блок позволяет вам выбрать между двумя моделями:

  • Модель с 8 параметрами, где предыдущее уравнение описывает текущий вывод

  • Модель с 5 параметрами, которая применяет следующие предположения упрощения предыдущему уравнению:

    • Насыщение, текущее из второго диода, является нулем.

    • Импеданс параллельного резистора бесконечен.

Если вы выбираете модель с 5 параметрами, можно параметризовать этот блок с точки зрения предыдущих параметров модели эквивалентной схемы или с точки зрения короткой схемы напряжение текущей и разомкнутой цепи использование блока, чтобы вывести эти параметры.

Все модели настраивают устойчивость к слипанию и текущие параметры как функция температуры.

Можно смоделировать любое количество солнечных батарей, соединенных в ряду с помощью одного блока Solar Cell путем установки параметра Number of series cells на значение, больше, чем 1. Внутренне блок все еще моделирует только уравнения для одной солнечной батареи, но увеличивает выходное напряжение согласно количеству ячеек. Это приводит к более эффективной симуляции, чем, если уравнения для каждой ячейки моделировались индивидуально.

Если вы хотите к ячейкам модели N параллельно, можно сделать так для отдельных ячеек путем масштабирования значений параметров соответственно. Таким образом, умножьте текущую короткую схему, диодное насыщение текущие, и солнечно сгенерированные токи N, и разделите серийное сопротивление на N. Чтобы соединить блоки солнечной батареи параллельно, где каждый блок содержит несколько ячеек последовательно, делают несколько копий блока и соединяются соответственно.

Температурная зависимость

Несколько параметров солнечной батареи зависят от температуры. Температура солнечной батареи задана значением параметров Device simulation temperature.

Блок обеспечивает следующее отношение между солнечно вызванным текущим Iph и температурой солнечной батареи T:

Iph(t)=Iph*(1+TIPH1*(T−Tmeas))

где:

  • TIPH1 является значением параметров First order temperature coefficient for Iph, TIPH1.

  • Tmeas является значением параметров Measurement temperature.

Блок обеспечивает следующее отношение между насыщением, текущим из первого диода Is и температурой солнечной батареи T:

Is1(T)=Is1*(TTmeas)(TXIS1N)*e(EG*(TTmeas−1)/(N*Vt))

где TXIS1 является значением параметров Temperature exponent for Is, TXIS1.

Блок обеспечивает следующее отношение между насыщением, текущим из второго диода Is2 и температурой солнечной батареи T:

Is2(T)=Is2*(TTmeas)(TXIS2N2)*e(EG*(TTmeas−1)/(N2*Vt))

где TXIS2 является значением параметров Temperature exponent for Is2, TXIS2.

Блок обеспечивает следующее отношение между серийным сопротивлением Rs и температурой солнечной батареи T:

Rs(T)=Rs*(TTmeas)TRS1

где TRS1 является значением параметров Temperature exponent for Rs, TRS1.

Блок обеспечивает следующее отношение между параллельным сопротивлением Rp и температурой солнечной батареи T:

Rp(T)=Rp*(TTmeas)TRP1

где TRP1 является значением параметров Temperature exponent for Rp, TRP1.

Тепловой порт

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы представить тепловой порт, щелкните правой кнопкой по блоку по своей модели, и затем из контекстного меню выбирают Simscape> Block choices> Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и представляет параметры Thermal Port.

Тепловая модель порта, показанная на следующем рисунке, представляет только количество тепла устройства. Количество тепла непосредственно соединяется с тепловым портом H компонента. Внутренний Идеальный Исходный блок Теплового потока предоставляет тепловой поток к порту и количеству тепла. Этот тепловой поток представляет внутренне выработанное тепло.

Внутренне выработанное тепло в солнечной батарее вычисляется согласно схеме эквивалентной схемы, показанной в начале страницы с описанием, в разделе Solar-Induced Current. Это - сумма i 2 · потери R для каждого из резисторов плюс потери в каждом из диодов.

Внутренне выработанное тепло из-за электрических потерь является отдельным обогревающим эффектом к тому из солнечного облучения. Чтобы смоделировать тепловое нагревание из-за солнечного облучения, необходимо объяснить его отдельно в модели и добавить тепловой поток в физический узел, соединенный с солнечной батареей тепловой порт.

Порты

Ir

Инцидентная облученность

+

Положительное электрическое напряжение

-

Отрицательное электрическое напряжение

Параметры

Характеристики ячейки

Parameterize by

Выберите один из следующих методов для параметризации блока:

  • By s/c current and o/c voltage, 5 parameter — Предоставьте короткой схеме напряжение текущей и разомкнутой цепи, которое блок преобразовывает в модель эквивалентной схемы солнечной батареи. Это - опция по умолчанию.

  • By equivalent circuit parameters, 5 parameter — Обеспечьте электрические параметры для модели эквивалентной схемы солнечной батареи с помощью модели солнечной батареи с 5 параметрами, которая делает следующие предположения:

    • Насыщение, текущее из второго диода, является нулем.

    • Параллельный резистор имеет бесконечный импеданс.

  • By equivalent circuit parameters, 8 parameter — Обеспечьте электрические параметры для модели эквивалентной схемы солнечной батареи с помощью модели солнечной батареи с 8 параметрами.

Short-circuit current, Isc

Ток, который течет когда вы короткая схема солнечная батарея. Этот параметр только видим, когда вы выбираете By s/c current and o/c voltage, 5 parameter для параметра Parameterize by. Значением по умолчанию является 7.34 A.

Open-circuit voltage, Voc

Напряжение через солнечную батарею, когда это не соединяется. Этот параметр только видим, когда вы выбираете By s/c current and o/c voltage, 5 parameter для параметра Parameterize by. Значением по умолчанию является 0.6 V.

Diode saturation current, Is

Асимптотический противоположный ток первого диода для увеличения обратного смещения в отсутствие любого падающего света. Этот параметр только видим, когда вы выбираете одну из следующих настроек:

  • By equivalent circuit parameters, 5 parameter для параметра Parameterize by

  • By equivalent circuit parameters, 8 parameter для параметра Parameterize by

Значением по умолчанию является 1e-06 A.

Diode saturation current, Is2

Асимптотический противоположный ток второго диода для увеличения обратного смещения в отсутствие любого падающего света. Этот параметр только видим, когда вы выбираете By equivalent circuit parameters, 8 parameter для параметра Parameterize by. Значением по умолчанию является 0 A.

Solar-generated current, Iph0

Солнечно вызванный ток, когда облученностью является Ir0. Этот параметр только видим, когда вы выбираете одну из следующих настроек:

  • By equivalent circuit parameters, 5 parameter для параметра Parameterize by

  • By equivalent circuit parameters, 8 parameter для параметра Parameterize by

Значением по умолчанию является 7.34 A.

Irradiance used for measurements, Ir0

Облученность, которая производит ток Iph0 в солнечной батарее. Значением по умолчанию является 1000 W/m2.

Quality factor, N

Коэффициент эмиссии первого диода. Значением по умолчанию является 1.5.

Quality factor, N2

Коэффициент эмиссии второго диода. Этот параметр только видим, когда вы выбираете By equivalent circuit parameters, 8 parameter для параметра Parameterize by. Значением по умолчанию является 2.

Series resistance, Rs

Внутреннее серийное сопротивление. Значением по умолчанию является 0 Ohm.

Parallel resistance, Rp

Внутреннее параллельное сопротивление. Этот параметр только видим, когда вы выбираете By equivalent circuit parameters, 8 parameter для параметра Parameterize by. Значением по умолчанию является inf Ohm.

Настройка

Number of series cells

Количество подключенных последовательно солнечных батарей смоделировано блоком. Значением по умолчанию является 1. Значение должно быть больше, чем 0.

Температурная зависимость

First order temperature coefficient for Iph, TIPH1

Порядок линейного увеличения солнечно сгенерированного тока как повышения температуры. Значением по умолчанию является 0 1/K. Значение должно быть больше, чем или равным 0.

Energy gap, EG

Энергия активации солнечной батареи. Значением по умолчанию является 1.11 eV. Значение должно быть больше, чем или равным 0,1.

Temperature exponent for Is, TXIS1

Порядок экспоненциального увеличения тока от первого диода как повышения температуры. Значением по умолчанию является 3. Значение должно быть больше, чем или равным 0.

Temperature exponent for Is2, TXIS2

Порядок экспоненциального увеличения тока от второго диода как повышения температуры. Этот параметр только видим, когда вы выбираете By equivalent circuit parameters, 8 parameter для параметра Parameterize by. Значением по умолчанию является 3. Значение должно быть больше, чем или равным 0.

Temperature exponent for Rs, TRS1

Порядок экспоненциального увеличения серийного сопротивления как повышения температуры. Значением по умолчанию является 0. Значение должно быть больше, чем или равным 0.

Temperature exponent for Rp, TRP1

Порядок экспоненциального увеличения параллельного сопротивления как повышения температуры. Этот параметр только видим, когда вы выбираете By equivalent circuit parameters, 8 parameter для параметра Parameterize by. Значением по умолчанию является 0. Значение должно быть больше, чем или равным 0.

Measurement temperature

Температура, при которой были измерены параметры солнечной батареи. Значением по умолчанию является 25 degC. Значение должно быть больше, чем 0.

Device simulation temperature

Температура, при которой моделируется солнечная батарея. Значением по умолчанию является 25 degC. Значение должно быть больше, чем 0.

Тепловой порт

Эта вкладка появляется только для блоков с представленными тепловыми портами. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловой Порт.

Thermal mass

Тепловая энергия, требуемая повысить температуру солнечной батареи одной степенью. При моделировании больше чем одной ячейки последовательно, задайте количество тепла для отдельной ячейки. Это значение умножается внутренне количеством ячеек, чтобы определить общее количество тепла. Значением по умолчанию является 100 J/K.

Initial temperature

Температура солнечной батареи в начале симуляции. Значением по умолчанию является 25 degC.

Ссылки

[1] Gow, Дж.Э. и К.Д. Мэннинг. “Разработка Фотоэлектрической Модели массивов для Использования в Исследованиях Симуляции Силовой электроники”. Продолжения IEEE Приложений Электроэнергии, Издания 146, № 2, 1999, стр 193–200.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

Темы

Введенный в R2008a

Документация Simscape Electrical
Поддержка
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте