基于MATLAB的光伏电池通用数学模型
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第25卷第4期电力科学与工程Vol.25,No.42009年4月Electric Power Science and EngineeringApr.,200911收稿日期：200901.作者简介：王长江(1983－),男,华北电力大学电气与电子工程学院硕士研究生.基于MATLAB 的光伏电池通用数学模型王长江（华北电力大学电气与电子工程学院，北京102206）摘要：针对光伏电池输出特性具有强烈的非线性，根据太阳能电池的直流物理模型，利用MATLAB 建立了太阳能光伏阵列通用的仿真模型。
利用此模型，模拟任意环境、太阳辐射强度、电池板参数、电池板串并联方式下的光伏阵列I-V 特性。
模型内部参数经过优化，较好地反应了电池实际特性。
模型带有最大功率点跟踪功能，能很好地实现光伏发电系统最佳工作点的跟踪。
关键词：光伏电池；MPPT ；I-V 特性中图分类号：TM615文献标识码：A0引言随着化石能源的消耗，全球都在面临能源危机，太阳能依靠其清洁、分布广泛等特点成为当今发展速度居第二位的能源[1]。
光伏阵列由多个单体太阳能电池进行串并联封装而成，是光伏发电的能源供给中心，其IV ，P=o++23J/K )；R s 为串联电阻；R sh为并联电阻。
日照强度特性曲线如图2所示，由图中可以看出，光伏电池的特性为非线性的，曲线左侧类似于电流源曲线，右侧类似于电压源曲线。
以上是光伏电池的理论模型，已经广泛应用于ph图1太阳能电池等效电路电力科学与工程122009年太阳能电池的理论分析中，但式(1)中参数I ph ，I o ，R s ，R sh 和n 难以确定，且不是厂家提供的技术参数，不便于工程的分析应用。
1.2光伏电池工程模型厂家提供标准条件（日照强度S B =1kW/m 2，电池温度T B =25℃）下电池板的测试参数I sc ,V oc ,I m ,V m ，为建立工程用模型，在式(1)的基础上做两个近似[8]：(1)由于R sh 非常大，所以忽略(V+R s I )/R sh 项。
(2)R s 远小于二极管正向导通电阻，所以假设I sc =I ph 。
基于以上假设，光伏电池I=exp/o c （2）最大功率点时expm/o c expm/o c1=m/expm/o c 2=m/1m/V特性曲线：BB（6）oc（7）scB（8）mB（9）m(10)式中系数a,c 采用典型值[4]：a=0.0025/℃；c=0.00288/℃。
系数b 采用优化后的参数值[3]：b=4×S设T E 为任意的环境温度，则光伏电池板温度T 为：E+V 特性是非线性的，所以存在一个点，能使得光伏阵列输出功率最大，使得光伏发电系统的能量转换效率最高。
最大功率点跟踪(MPPT )已经成为国内外的研究热点[9~10]。
2.1方法1由任意时刻光伏电池的输出电流、输出电压求解。
光复阵列在任意日照强度和环境温度下的功率为：＝1121sc21sc2oc£¬´úÈëʽ(2)即可求得，最大输出功率为：mm,。
如式(9)、(10)所示，相乘即可得：mmpv=0.75kW/m 2pv图2太阳能电池I王长江基于MATLAB 的光伏电池通用数学模型第4期13程应用允许相对误差为6%，方法2完全能够满足。
所以采用方法2建立MPPT 模型。
3通用MA TLAB 仿真模型基于以上的数学模型，在MATLAB/SIMU-LINK [11]下建立光伏电池的仿真模块，封装后如图3所示。
内部封装参数有，，Ｐm 。
P m 输出为系统最大功率点的跟踪输出端，显示最大功率输出的变化情况。
电池板标准参数选用I sc =3.8A ，V oc =21.5V ，I m =3.6A ，V m =17V 。
控制电池板输出电压V o ，当，在2s 和6s 发生阶跃变化时，输出电流I o 波形如图4(c )所示；控制电池温度T 在2s 和6s 发生阶跃变化(温度先升高在降低)，输出电流I o 波形如图4(d )所示。
由仿真波形可以看出，IV 曲线12000246810(b )P mS曲线46830246810(d )I2)T/℃V /I /AI /A电力科学与工程142009年参考文献：[1]OMAN H.Space solar power development[J].IEEE AESSystems Magazine,2000,15(2):3-8[2]GOW J A,MANING C D.Development of a photovoltaicarray model for use in power electronics simulation studies [J].IEE Proc electric power Appl,1999,146-193.[3]VIOREL B.Dynamic model of a complex system includingPV cells,electric battery,electrical motor and water pump [J].Energy,2003,28(12):1165-1181.[4]YUSHAIZAD Y,SITI H S,MUHAMMAD A L.Modelingand simulation of maximum power point tracker for photo-voltaic system[C].National Power&Energy Conference, 2004,(29-30):88-03.[5]吴忠军,刘国海,廖志凌.硅太阳电池工程用数学模型参数的优化设计[J].电源技术,2007,31(11):897-901.[6]苏建徽,余世杰,赵为,等.硅太阳电池工程用数学模型[J].太阳能学报,2001,22(4):409-412.[7]崔容强,赵春江,吴达成.并网型太阳能光伏发电系统[M].北京:化学工业出版社,2007.[8]赵争鸣.太阳能光伏发电及其应用[M].北京:科学出版社,2005.[9]KOUTROULIS E,KALAITZAKIS K,NICHOLAS C.V o-ulgris,Development of a Microcontroller-Based Photovol-taic Maximum Power Point Tracking Control System[J].IEEE TRANSANTIONS ON POWER ELECTRONICS, 2001,16(1):47-54.[10]张超,何湘宁.短路电路结合扰动观察法在光伏发电最大功率点跟踪控制中的应用[J].中国电机工程学报, 2006,20(26):98-102.[11]王正林,王胜开,陈国顺,等.MATLAB/SIMULINK与控制系统仿真[M].北京:电子工业出版社,2009.Versatile Model for Photovoltaic Cell Based on MA TLABWang Changjiang(School of Electrical and Electronic Engineering,North China Electric Power University,Beijing102206,China)Abstract:The output characteristics of PV cells are no-linear,so it's necessary to establish a more accurate mode of PV cells in simulation.A versatile model for photovoltaic cell was designed by using MATLAB based on the physical model of photovoltaic cell.With the model,the I-V characteristics of photovoltaic cell in any condition can be simulated.The parameters were calculated by the optimization design formula and it can improve the output characteristics of the photovoltaic cell model.Besides,the model included the function of MPPT and has a good performance in tracking best point of the photovoltaic system.Key words:photovoltaic cell;MPPT;I-Vcharacteristics。
