利用光伏模拟器模拟光伏发电性能

在如今这个飞速发展的时代，光伏发电是一个大热的概念，利用太阳能辐射直接转变成电能，但在实验室中，我们应该如何模拟现实光伏发电的环境呢？我们应该如何去得到合适的数据去辅助了解研究光伏发电的种种问题呢？我们应该如何去研究各种环境下光伏发电的性能呢？

光伏模拟源能提供一个很好的解决方案，通过输入现实数据来模拟，完成对各种现实环境的模拟，同时也能够在任何时间进行研究，满足实验者的种种需求。

模拟

本次使用的产品是光伏发电模拟器，在接好外部电源线后，便可利用此模拟器对光伏发电进行模拟。在不模拟时，它是一个直流源，进入普通模式后可设定其电压电流功率及内阻，达到我们的使用需求；同时也可以进入编程模式，设置一个又一个的组别，每组的电压电流功率上升下降时间运行时间都可以进行设定，设置好以后可以得到变化的电压电流波形。

本文举例的模拟器有五种常见的光伏类型可以选择，用户可以根据自己的需求选取相应的模式。我们选取需要设定参数最多的自定义模式进行使用讲解。自定义模型需要设定参考开路电压、参考短路电流、参考最大功率、参考最大点电压、参考照度、参考电池温度、照度、环境温度和温度系数。系统会自动根据这些参数生成一个曲线模型。

模拟原理

光伏电池阵的输出特性与标准直流电源输出特性的不同之处在于：光伏电池的输出的是较为圆滑的特性曲线，而标准电源则常按恒流或者恒压曲线输出。确定光伏电池输出曲线的主要参数有：Voc开路电压，Isc短路电流和Pmax峰值功率。

当光伏阵列输出电压比较小时，随着电压的变化，输出电流变化很小，光伏阵列类似为一个恒流源；当电压超过一定的临界值继续上升时，电流急剧下降，此时的光伏阵列类似为一个恒压源。光伏阵列的输出功率则随着输出电压的升高有一个最大输出功率点。

光伏电池阵的IV特性曲线和输出功率之间的关系对用户很重要，因为逆变器会在峰值功率点把大部分能量回馈给电网（MPPT功能）;如果想获得更大的功率输出，通常需要并联更多的光伏电池阵。如果这些阵上的阴影的情况不同，其输出曲线的扭曲程度也会不一样，这样就需要更复杂的公式来计算，填充因子便是其中的一项中重要参数。

通过填充因子（Fill Factor）可模拟多种光伏电池的输出特性。

填充因子（FF）表示最大输出功率Im×Vm与极限输出功率Isc×Voc之比，是电池品质的量度。填充因子越大，光伏电池性能就越好，优质光伏电池的FF可高达0.8以上，典型值在0.55-0.85之间。同时，此模拟源也显示了电压填充因子（FFv）与电流填充因子（FFi），对应关系如下：

FF=FFv×FFi

FFv为最大功率点电压/Uoc；

FFi为最大功率点电流/Isc；

Isc：理想情况下等于光生电流IL，影响因素主要是电池面积、光强、温度。Isc与光伏电池的面积大小有关，面积越大，Isc越大。同时Isc还与入射光的辐照度成正比；

Voc：影响因素主要是光强、温度、材料特性。光伏电池的开路电压与电池面积大小无关。光伏电池的开路电压与入射光谱辐照度的对数成正比。

为了模拟现实中光伏电池特性与照度和温度的关系，需要改变填充因子的大小，设定相关工作环境，达到实验的需求。

审核编辑：汤梓红