利用光伏模擬器模擬光伏發電性能

在如今這個飛速發展的時代，光伏發電是一個大熱的概念，利用太陽能輻射直接轉變成電能，但在實驗室中，我們應該如何模擬現實光伏發電的環境呢？我們應該如何去得到合適的數據去輔助了解研究光伏發電的種種問題呢？我們應該如何去研究各種環境下光伏發電的性能呢？

光伏模擬源能提供一個很好的解決方案，通過輸入現實數據來模擬，完成對各種現實環境的模擬，同時也能夠在任何時間進行研究，滿足實驗者的種種需求。

模擬

本次使用的產品是光伏發電模擬器，在接好外部電源線后，便可利用此模擬器對光伏發電進行模擬。在不模擬時，它是一個直流源，進入普通模式后可設定其電壓電流功率及內阻，達到我們的使用需求；同時也可以進入編程模式，設置一個又一個的組別，每組的電壓電流功率上升下降時間運行時間都可以進行設定，設置好以后可以得到變化的電壓電流波形。

本文舉例的模擬器有五種常見的光伏類型可以選擇，用戶可以根據自己的需求選取相應的模式。我們選取需要設定參數最多的自定義模式進行使用講解。自定義模型需要設定參考開路電壓、參考短路電流、參考最大功率、參考最大點電壓、參考照度、參考電池溫度、照度、環境溫度和溫度系數。系統會自動根據這些參數生成一個曲線模型。

模擬原理

光伏電池陣的輸出特性與標準直流電源輸出特性的不同之處在于：光伏電池的輸出的是較為圓滑的特性曲線，而標準電源則常按恒流或者恒壓曲線輸出。確定光伏電池輸出曲線的主要參數有：Voc開路電壓，Isc短路電流和Pmax峰值功率。

當光伏陣列輸出電壓比較小時，隨著電壓的變化，輸出電流變化很小，光伏陣列類似為一個恒流源；當電壓超過一定的臨界值繼續上升時，電流急劇下降，此時的光伏陣列類似為一個恒壓源。光伏陣列的輸出功率則隨著輸出電壓的升高有一個最大輸出功率點。

光伏電池陣的IV特性曲線和輸出功率之間的關系對用戶很重要，因為逆變器會在峰值功率點把大部分能量回饋給電網（MPPT功能）;如果想獲得更大的功率輸出，通常需要并聯更多的光伏電池陣。如果這些陣上的陰影的情況不同，其輸出曲線的扭曲程度也會不一樣，這樣就需要更復雜的公式來計算，填充因子便是其中的一項中重要參數。

通過填充因子（Fill Factor）可模擬多種光伏電池的輸出特性。

填充因子（FF）表示最大輸出功率Im×Vm與極限輸出功率Isc×Voc之比，是電池品質的量度。填充因子越大，光伏電池性能就越好，優質光伏電池的FF可高達0.8以上，典型值在0.55-0.85之間。同時，此模擬源也顯示了電壓填充因子（FFv）與電流填充因子（FFi），對應關系如下：

FF=FFv×FFi

FFv為最大功率點電壓/Uoc；

FFi為最大功率點電流/Isc；

Isc：理想情況下等于光生電流IL，影響因素主要是電池面積、光強、溫度。Isc與光伏電池的面積大小有關，面積越大，Isc越大。同時Isc還與入射光的輻照度成正比；

Voc：影響因素主要是光強、溫度、材料特性。光伏電池的開路電壓與電池面積大小無關。光伏電池的開路電壓與入射光譜輻照度的對數成正比。

為了模擬現實中光伏電池特性與照度和溫度的關系，需要改變填充因子的大小，設定相關工作環境，達到實驗的需求。

審核編輯：湯梓紅