[发明专利]一种硅太阳能电池工程用数学模型的建模方法

摘要

一种硅太阳能电池工程用数学模型的建模方法，它是根据硅太阳能电池I-V特性曲线与质点平抛运动轨迹曲线有极大相似性的特点而建立的。在质点平抛运动轨迹曲线的坐标系中，本发明以最大功率点电压处和小于该最大功率点电压处取两个分界点，把该坐标系分为不同重力场。然后，根据运动学原理来进行推导与建模。本发明不但仍然能很好地满足工程精度要求；通过调整小于该最大功率点电压处之分界点位置，能使本发明模型在最大功率点电压附近区域很好地与实测数据贴近，有利于最大功率跟踪算法的实现；而且还能极大地提高控制器中的控制单元随光照、温度等外部环境变化的响应速度。在工程实践中采用单片机或DSP等控制器来计算和控制时，其运算时间将大大缩短。

主权项

一种硅太阳能电池工程用数学模型的建模方法，其建模参数包括在标准测试条件下测得的硅太阳能电池I-V特性曲线中的短路电流(Isc)，开路电压(Voc)、最大功率点电流(Im)和最大功率点电压(Vm)，其特征在于，该建模方法包括如下步骤：(一)以所述短路电流(Isc)为质点平抛的起点、以所述开路电压(Voc)为质点运动的终点，建立与所述硅太阳能电池I-V特性曲线对应的、其纵轴(Y)对应电流(I)、其横轴(X)对应电压(V)的质点平抛运动轨迹曲线的坐标系；在对应所述最大功率点电压(Vm)处和小于该最大功率点电压(Vm)的电压处取两个分界点，用过这两个分界点纵坐标把该坐标系分为不同重力场，其中，在小于该最大功率点电压(Vm)分界点的一侧，为质点加速度忽略不计而设为0的无重力场(g0)区，在等于两个分界点的电压值之间为质点慢降重力场(g1)区，在大于该最大功率点电压(Vm)分界点的一侧为质点快降重力场(g2)区；其中，所述小于最大功率点电压(Vm)的电压计算式为x·Vm，式中0≤x＜1；(二)用所述硅太阳能电池I-V特性曲线中的短路电流(Isc)，开路电压(Voc)、最大功率点电流(Im)和最大功率点电压(Vm)作为与该质点平抛运动轨迹曲线坐标系对应的关键坐标，推导所述质点慢降重力场(g1)和质点快降重力场(g2)的公式，得： g 1 = 2 · ( I sc - I m ) ( V m - x · V m ) 2 g 2 = 2 [ I m · ( V m - x · V m ) - 2 ( I sc - I m ) ( V oc - V m ) ] ( V oc - V m ) 2 ( V m - x · V m ) (三)根据该质点平抛运动轨迹曲线，推导对应的硅太阳能电池工程用数学模型，得： I 0 = I sc I 1 = I sc - 1 2 · g 1 · ( V - x · V m ) 2 I 2 = I m - 1 2 · g 2 · ( V - V m ) 2 - g 1 · ( V - V m ) · ( V m - x · V m ) 式中，V为硅太阳能电池的输出电压，I0为0＜V＜x·Vm的硅太阳能电池的输出电流，I1为x·Vm≤V≤Vm时硅太阳能电池的输出电流，I2为Vm＜V＜Voc时硅太阳能电池的输出电流。