光伏电池特性曲线的MATLAB仿真模型

光伏电池特性曲线的MATLAB仿真模型

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/2501_90804007/article/details/145868688

光伏电池的性能受到光照强度和温度的影响，为了准确模拟其工作特性，本文将介绍如何使用MATLAB进行光伏电池的数学建模与仿真分析。通过建立光伏电池的数学模型，并编写相应的MATLAB代码，可以生成I-U（电流-电压）和P-U（功率-电压）特性曲线。同时，还可以通过调整光照强度和温度参数，观察不同条件下的输出特性变化。

光伏电池数学模型

光伏电池的基本模型可以通过以下方程描述：

1. 光电流（$I_L$）：取决于光照强度。
2. 二极管反向饱和电流（$I_0$）：取决于电池材料和温度。
3. 理想因子（$n$）和热电压（$V_T = \frac{kT}{q}$），其中$k$是玻尔兹曼常数，$T$是绝对温度，$q$是电子电荷量。
4. 串联电阻（$R_s$）和并联电阻（$R_{sh}$）。

光伏电池的输出电流$I$可以用以下公式表示：
$$
I = I_L - I_0\left[\exp\left(\frac{V + IR_s}{nV_T}\right)-1\right] - \frac{V + IR_s}{R_{sh}}
$$

MATLAB仿真代码

% 定义参数
I_L = 8; % 光电流 (A)
I_0 = 1e-9; % 反向饱和电流 (A)
n = 1.5; % 理想因子
k = 1.38e-23; % 玻尔兹曼常数 (J/K)
q = 1.6e-19; % 电子电荷量 (C)
T = 298; % 温度 (K)
V_T = k*T/q; % 热电压 (V)
R_s = 0.1; % 串联电阻 (Ohm)
R_sh = 100; % 并联电阻 (Ohm)

% 定义电压范围
V = linspace(0, 40, 1000); % 电压范围 (V)

% 初始化电流和功率数组
I = zeros(size(V));
P = zeros(size(V));

% 计算不同电压下的电流和功率
for i = 1:length(V)
    % 使用牛顿法求解非线性方程
    fun = @(I) I_L - I_0*(exp((V(i)+I*R_s)/(n*V_T))-1) - (V(i)+I*R_s)/R_sh - I;
    I(i) = fzero(fun, [0, I_L]);
    P(i) = V(i)*I(i);
end

% 绘制I-U和P-U特性曲线
figure;
subplot(2,1,1);
plot(V, I, 'LineWidth', 2);
xlabel('Voltage (V)');
ylabel('Current (A)');
title('I-U Characteristic Curve');
grid on;

subplot(2,1,2);
plot(V, P, 'LineWidth', 2);
xlabel('Voltage (V)');
ylabel('Power (W)');
title('P-U Characteristic Curve');
grid on;

% 函数：改变光照和温度重新计算
function updateCharacteristics(I_L, T, V)
    V_T = k*T/q;
    for i = 1:length(V)
        fun = @(I) I_L - I_0*(exp((V(i)+I*R_s)/(n*V_T))-1) - (V(i)+I*R_s)/R_sh - I;
        I(i) = fzero(fun, [0, I_L]);
        P(i) = V(i)*I(i);
    end
end

% 示例：改变光照和温度查看效果
new_I_L = 7; % 新的光电流 (A)
new_T = 313; % 新的温度 (K)
updateCharacteristics(new_I_L, new_T, V);

% 更新绘图
figure;
subplot(2,1,1);
plot(V, I, 'LineWidth', 2);
xlabel('Voltage (V)');
ylabel('Current (A)');
title(['I-U Characteristic Curve with I_L=', num2str(new_I_L), ', T=', num2str(new_T-273), '°C']);
grid on;

subplot(2,1,2);
plot(V, P, 'LineWidth', 2);
xlabel('Voltage (V)');
ylabel('Power (W)');
title(['P-U Characteristic Curve with I_L=', num2str(new_I_L), ', T=', num2str(new_T-273), '°C']);
grid on;

代码解释

1. 定义参数：设置光伏电池的基本参数，包括光电流、反向饱和电流、理想因子等。
2. 电压范围：定义电压的范围用于绘制特性曲线。
3. 初始化数组：初始化电流和功率数组。
4. 计算电流和功率：使用牛顿法求解非线性方程，计算不同电压下的电流和功率。
5. 绘制特性曲线：绘制I-U和P-U特性曲线。
6. 更新函数：通过改变光照强度和温度，重新计算并更新特性曲线。

运行与测试

1. 将上述代码保存为一个.m文件，例如pv_model.m。
2. 在MATLAB中运行该脚本，查看默认条件下的I-U和P-U特性曲线。
3. 修改new_I_L和new_T的值，重新运行脚本以查看不同光照强度和温度下的特性曲线。

希望这个示例能帮助你理解如何在MATLAB中对光伏电池进行建模与仿真。