Фотоэлектрический солнечный элемент
Simscape/Электрооборудование/Источники
Блок Солнечный элемент представляет источник тока солнечного элемента.
Модель солнечного элемента включает в себя следующие компоненты:
Блок представляет одиночный солнечный элемент как сопротивление Rs, которое соединено последовательно параллельной комбинацией следующих элементов:
Источник тока
Два экспоненциальных диода
Параллельный резистор Rp
На следующем рисунке показана эквивалентная принципиальная схема:
Выходной ток I равен
Rs )/( N2 * Vt) − 1) − (V + I * Rs )/Rp
где:
Iph - ток, индуцированный солнцем:
IrIr0
где:
Ir - интенсивность излучения (интенсивности света), в W/m2 падающая на клетку.
Iph0 - измеренный солнечный ток для Ir0 излучения.
Является током насыщения первого диода.
Is2 - ток насыщения второго диода.
Vt - тепловое напряжение, кТ/q, где:
k - постоянная Больцмана.
T - значение параметра температуры моделирования устройства.
q - элементарный заряд на электроне.
N - коэффициент качества (коэффициент излучения диода) первого диода.
N2 - коэффициент качества (коэффициент излучения диода) второго диода.
V - напряжение на электрических портах солнечных батарей.
Коэффициент качества изменяется для аморфных клеток и обычно составляет 2 для поликристаллических клеток.
Блок позволяет выбрать две модели:
8-параметрическая модель, где предыдущее уравнение описывает выходной ток
5-параметрическая модель, которая применяет следующие упрощающие допущения к предыдущему уравнению:
Ток насыщения второго диода равен нулю.
Импеданс параллельного резистора бесконечен.
При выборе 5-параметрической модели можно параметризовать этот блок в терминах предыдущих эквивалентных параметров модели цепи или в терминах тока короткого замыкания и напряжения разомкнутого замыкания, используемого блоком для получения этих параметров.
Все модели регулируют сопротивление блока и текущие параметры в зависимости от температуры.
Можно моделировать любое количество солнечных элементов, соединенных последовательно, с помощью одного блока солнечных элементов, установив для параметра Число последовательных элементов значение больше 1. Внутри блок по-прежнему моделирует только уравнения для одного солнечного элемента, но масштабирует выходное напряжение в соответствии с количеством элементов. Это приводит к более эффективному моделированию, чем если бы уравнения для каждой ячейки были смоделированы индивидуально.
Если требуется параллельно моделировать N ячеек, это можно сделать для отдельных ячеек путем соответствующего масштабирования значений параметров. То есть умножить ток короткого замыкания, ток насыщения диодов и генерируемые солнечной энергией токи на N и разделить последовательное сопротивление на N. Чтобы соединить блоки солнечных батарей параллельно, где каждый блок содержит множество ячеек последовательно, сделать множество копий блока и соединить соответственно.
Несколько параметров солнечных батарей зависят от температуры. Температура солнечного элемента определяется значением параметра температуры моделирования устройства.
Блок обеспечивает следующую зависимость между индуцированным Солнцем током Iph и температурой Т солнечного элемента:
T − Tmeas))
где:
TIPH1 - Первый коэффициент температуры заказа для Iph, значения параметра TIPH1.
Tmeas - значение параметра Температура измерения (Measurement temperature).
Блок обеспечивает следующую зависимость между током насыщения первого диода Is и температурой Т солнечного элемента:
− 1 )/( N * Vt))
где TXIS1 - показатель температуры для значения параметра Is, TXIS1.
Блок обеспечивает следующую зависимость между током насыщения второго диода Is2 и температурой Т солнечного элемента:
− 1 )/( N2 * Vt))
где TXIS2 - Температурная экспонента для Is2, значения параметра TXIS2.
Блок обеспечивает следующее соотношение между последовательным сопротивлением Rs и температурой Т солнечного элемента:
) TRS1
где TRS1 - показатель температуры для Rs, TRS1 значение параметра.
Блок обеспечивает следующее соотношение между параллельным сопротивлением Rp и температурой Т солнечного элемента:
) TRP1
где TRP1 - показатель температуры для Rp, TRP1 значение параметра.
Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы открыть тепловой порт, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели, а затем в контекстном меню выберите Simscape > Block choices > Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и отображает параметры теплового порта.
Модель теплового порта, показанная на следующем рисунке, представляет только тепловую массу устройства. Тепловая масса непосредственно соединяется с тепловым портом компонента H. Внутренний блок источника идеального теплового потока подает тепловой поток в порт и тепловую массу. Этот тепловой поток представляет собой тепло, генерируемое внутри.
Внутреннее тепло в солнечном элементе рассчитывается в соответствии с эквивалентной схемой, показанной в начале справочной страницы в разделе Ток, индуцированный солнцем. Это сумма потерь i2· R для каждого из резисторов плюс потери в каждом из диодов.
Внутреннее тепло, генерируемое из-за электрических потерь, представляет собой отдельный нагревающий эффект от солнечного излучения. Для моделирования теплового нагрева из-за солнечного излучения необходимо учитывать его отдельно в модели и добавить тепловой поток к физическому узлу, подключенному к тепловому порту солнечного элемента.
[1] Гоу, Дж.А. и К.Д. Мэннинг. «Разработка модели фотоэлектрического массива для использования в исследованиях моделирования электроники». IEEE Proceedings of Electric Power Applications, Vol. 146, No. 2, 1999, pp. 193-200.
