摘 要

随着传统能源的不断使用，环境污染问题得到了广泛关注，人们对清洁能源的开发需求日益迫切。其中光伏发电做为一种高效、储量丰富、无污染的发电方式受到人们的广泛关注。而在光伏发电系统中，光伏发电元件做为其最基本的发电单元具有重要的意义。为了达到最大化收益，节约能源，充分利用的目的，需要对光伏元件的输出特性曲线进行精准的建模分析。基于以上背景，本设计对光伏元件的输出特性曲线进行了探究。

输出特性曲线模型的建立依赖于光伏组件的相关参数，而由于厂家提供的光伏组件性能参数受到使用时间、设备老化、生产工艺等因素影响，与标准值存在一定的误差。故本文设计了一组室外实测输出特性曲线实验，用该组数据与厂家理论值进行对比分析。

实验采用湖北金福洋科技有限公司生产的单晶硅80W光伏组件做为实验对象，在实验过程中，尽可能排除无关干扰变量的影响。根据对采集得到的数据进行拟合，得到了最大功率点电压、电流、开路电压、短路电流四项性能参数。

通过MATLAB求解非线性方程组分别对厂家提供的性能参数与实测参数进行了建模，模型得到的输出特性曲线与实测数据进行了对比分析，说明了误差的存在。建模过程中使用了五参数法、四参数法两种建模方法，同时对这三种方法的结果进行对比，分析了各自的特点。最后提出了对光伏组件性能参数重新校准的方法，经过校准后，输出特性曲线的预测更为准确。从而使光伏组件的工作点更加接近于最大功率点。

关键词：光伏元件；输出特性曲线；模型预测

Abstract

With the continuous use of the traditional energy, the environmental pollution problem has been widely concerned, people's demand for clean energy development has become increasingly urgent. Photovoltaic power generation as a kind of efficient, rich reserves, non polluting power generation has been widely concerned by people. In photovoltaic power generation system, it is very important to do the most basic generating unit. In order to achieve maximum profit, save energy and make full use of the purpose, the output characteristic curve of PV components need to be accurately modeled and analyzed. Based on the above background, the design of the photovoltaic components of the output characteristic curve is studied.

Output characteristic curve of the model depends on the relevant parameters of the PV modules, and because of the manufacturers to provide the PV module performance parameters by using time, aging equipment, production technology and other factors, and standard values exist certain errors. Therefore, this paper designed a set of outdoor measured output characteristic curve experiment, using this set of data and the factory theory value to carry on the comparison analysis.

The Hubei Jinfu Yang Technology Co., Ltd. is the production of monocrystalline silicon 80W PV modules do as the experimental object, in the experimental process, as far as possible for excluding extraneous effects of confounding variables. According to the data obtained by fitting, the four performance parameters of maximum power point voltage, current, open circuit voltage and short circuit current are obtained.

Through MATLAB to solve the nonlinear equations respectively on the manufacturers to provide performance parameters and measured parameters of modeling, model to obtain the output characteristic curve and the measured data were comparative analysis, shows the existence of error. In the process of modeling, five parameters method and four parameter method are used, and the results of the three methods are compared, and their characteristics are analyzed. Finally, a new method for the calibration of the performance parameters of PV modules is proposed. After calibration, the output characteristic curve is more accurate. So that the working point of PV module is closer to the maximum power point.

Key Words: PV device; output characteristic curve; model prediction

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 光伏产业及研究现状 2

1.2.1 光伏产业的行业现状 2

1.2.2 光伏产业的国内外研究现状 2

1.3 本文的研究内容及意义 3

第2章 光伏电池的基本特性 5

2.1 光伏电池的发展史 5

2.2 光伏元件的物理模型及参数 5

2.2.1 光伏元件的物理模型 5

2.2.2 光伏元件的性能参数 8

2.3 环境因素对光伏元件的影响 8

2.3.1光照强度的影响 8

2.3.2温度的影响 9

第3章 本文的研究对象及测量方法 11

3.1 光伏组件室外实测的意义 11

3.2 光伏组件的测量 11

3.2.1 实验对象--光伏组件 11

3.2.2 测量仪器 12

3.2.3 测量方法 12

3.3 数据处理分析 13

第4章 两种模型的原理及计算 15

4.1 五参数模型法 15

4.2 四参数模型法 17

第5章 数据分析与校准 19

5.1 数据对比与分析 19

5.2 性能参数校准 19

第6章 结论与展望 21

参考文献 22

第1章 绪论

1.1 引言

随着人类社会发展进步与人口数量上涨，能源问题日益凸显，成为关系国家社会经济发展、人民生活稳定的重要问题。在2003-2013年间，我国用电量如图1.1所示，呈现持续上升趋势，年平均增长率达到11.03%^[1]。

图1.1我国2003年-2013年电力消费量

而目前我国的发电结构如图1.2所示，以传统的发电方式为主，主要包括：火电、水电、核电、风电。其中火电由于其燃煤特性，具有污染大，不可再生性等缺点^[2][3][4]；风电、水电受限于当地水利与气候条件，建设成本较高且发电量受气候、季节影响^[5][6]；核电则受到原料、技术限制，尚未广泛应用。

图1.2 我国2013年生产电力结构图

基于上述缺陷，以利用太阳能、潮汐能、地热能等可再生能源为基础的新能源发电受到了国内外的广泛关注。而太阳能发电做为新能源发电，利用储量丰富的太阳能进行发电，具有安全环保、架设简单、可持续再生等优点^[7]。该发电方式因而得到了世界各国的广泛发展与应用。

• 1. 光伏产业及研究现状

1.2.1 光伏产业的行业现状

自光伏元件于1954年被发明，历经多代开发完善，形成了单晶硅、多晶硅光伏、非晶硅多种光伏元件产品，目前以单晶硅光伏元件为基本单元的单晶硅产品在市场上占据着主导地位。由于其具有能源可再生、来源广泛等优点，受到世界各国的广泛青睐。