光伏發電技術論文(2)
光伏發電技術論文
光伏發電技術論文篇二
光伏發電仿真技術研究
摘要：目前基于光伏發電內容的教學存在知識偏難、理論過多等現狀。在該太陽能電池板模擬仿真操作實訓軟件平臺可將理論知識和仿真實驗相結合，可以使學生對光伏發電系統中光電轉化能力、太陽能電池伴隨外界環境及自身性質的變化關系等知識內容有系統性、直觀性的理解，便于提高學生的學習興趣和創新能力，可達到較好的教學效果。
關鍵詞：太陽能發電 仿真系統 實訓軟件
1 概述
目前太陽能電池板廣泛應用于軍事、航天、農業、通信、民用及公用設施、發電等，但我國基于太陽能電池板模擬仿真操作實訓軟件還處于空白狀態，急需開展。其次，針對于授課形式，傳統的理論授課不能充分發揮學生的主觀能動性，實訓課的設備條件在技術上難以滿足要求，而太陽能電池仿真軟件的操作可以彌補上述授課形式的不足，模擬式的教學是高校當前最為有效的實踐教學手段;另外，從節約成本考慮，光電產業發展迅速，設備更新頻率極快，而職業院校的設備的頻繁更新具有不可行性。綜上所述，開發一款針對于太陽能電池板的操作軟件是極其必要的。基于上述背景，對太陽能電池板進行模擬仿真操作，主要基于軟件層面，面向職業院校學生，通過對太陽能電池板的操作，研究光電轉化能力、太陽能電池伴隨外界環境及自身性質的變化關系及外界環境(光、熱等)對太陽能電池板的主要影響等。
2 建立模擬仿真實訓平臺
此實訓平臺服務于職業類院校光電領域太陽能電池的課堂教學，主要實現一個可替代實際太陽能電池板實訓項目的太陽能電池仿真模擬系統。其階段內容主要有：太陽能電池系統運行原理流程、太陽能電池系統物理與數學模型編程、模擬及驗證及可視化處理及數據庫建立。
2.1 物理模型和數學模型的確定 影響太陽能發電系統輸出效率的因素有很多，諸如硅片產品質量(電池的自身屬性：如尺寸、材料、結構)、太陽能電池組件制造工藝、天氣因素、溫度因素、地理位置因素等。將上述影響因素做歸納整合，并綜合考慮到本課題軟件所能達到的仿真環境，將此仿真系統簡化分為外界環境、電池自身屬性和輸出存儲設備三大塊，本仿真系統采用了型號為HT001.5P的硅太陽能電池，建立的可直接使用的數據庫參量主要有不同城市的緯度值、不同顏色光的頻率及其對應產生的光子數量。
根據所建立數據庫做相應簡化，再經物理模型的簡化整理，并根據光學、光電子技術、熱學和電學的基本知識，找到相應物理模型的運算公式，做出如下推導，在推導的過程中我們忽略了暗電流的影響，暗電流Id與反向漏電流及溫度有關，但其計算出的結果對整體的功率影響很小，故在這里近似忽略不計。
So=Scosθ (2-1)
這樣可以計算出太陽能電池板的有效面積S0，其中，S為電池板的面積，θ為城市緯度。
Eo=hv (2-2)
通過式子(2-2)可以算出單個光子的能量E0，其中，h為普朗克常量，v為光頻。
E=E0-ε0 (2-3)
由上式可以得到每種一種光頻下的光子總能量E，其中，ε0為硅的躍遷能。
P=P0η (2-4)
由以上各式推導得到最后的太陽能電池板的輸出功率運算公式為：
P=n(hv-ε)Scosθη (2-5)
其中，P為太陽能電池的輸出功率，n為光子數量。由最終的式子說明，太陽能電池板的輸出功率與光子頻率、城市緯度、電池板類型及轉換效率等參數有關。
2.2 模擬仿真平臺的搭建 通過調研及分析上述數據資料及公式，可以清晰的看出，主要變化因素為各城市所處緯度θ和光子頻率ν。通過改變這兩個變量，可以對比得出不同城市及不同光子頻率下硅太陽能電池的輸出功率。硅電池的其他參量均當作常量使用，只需固定其中一個變量，就可以得到另一變量對于輸出功率的影響。下面將會通過labview軟件，重點圍繞這兩組對比實驗來模擬仿真出功率的輸出情況。
通過在后置程序面板中搭建好電路，最終將會得到以上兩組可視化仿真界面圖。在仿真面板中先設置好基本參量值，橫坐標為城市緯度，縱坐標為輸出功率值。將各城市的緯度值固定，通過輸入7種光的頻率值，運行后會生出如圖2所示的7組不同光頻的功率輸出。設置好基本常量值，固定各色光的頻率，通過輸入變量城市緯度值，則會生成如圖3所示的7組對比功率輸出值。
由以上兩個光輸出功率圖，可以通過輸入單個光頻或某個城市下的緯度值，來看一組條件下光的輸出功率;也可以輸入多個光頻或多個城市緯度值，來對比分析多組光頻及城市緯度值對輸出功率的影響。因此，學生在操作時無需動用后臺程序，只需操作上述可視化界面即可，通過改變相應參量即可非常直觀、立體的得出不同的太陽能電池功率輸出情況。
3 結束語
為了提高職業類院校光電領域太陽能電池的課堂教學效果，利用可替代實際太陽能電池板實訓項目的太陽能電池仿真模擬系統，實現實訓項目中太陽能電池原理展示，太陽能電池性能測試等所有的項目。將此仿真系統可以反映出不同的季節、天氣、緯度和時段條件下光伏發電效率等，學生可以根據自身的需求設計不同的模擬實驗和模擬研究。構建以素質教育為重點的仿真教育平臺，可提高學生的積極性和創造性，改變了以往光伏發電技術課程教學中存在的枯燥、繁雜問題，提高了教學質量。
參考文獻：
[1]耿亞新，周新生.太陽能光伏產業的理論及發展路徑[J].中國軟科學，2010(04).
[2]張愛平.LabVIEW入門與虛擬儀器[M].電子工業出版社，2004.
[3]任新兵.太陽能光伏發電工程技術[M].化學工業出版社，2012.
作者簡介：許毅(1980-)，女，山東牟平人，講師，主要研究方向：光電子、微電子。
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