不同因素对太阳能电池输出性能的影响

　　摘要：从太阳能电池数学模型出发，利用MATLAB/Simulink工具箱建立了太阳能电池的仿真模型，对影响太阳能电池输出性能因素(工作温度、光照强度)进行了仿真分析。仿真结果表明：太阳能电池输出特性呈非线性，相同光照强度下，环境温度升高，太阳能开路电压降低，输出最大功率值减小，其性能在逐渐减弱。相同环境温度下，光照强度提高，开路电压升高，输出最大功率值增加，太阳能电池输出性能提高。

　　关键词：MATLAB/Simulink;太阳能电池;输出性能;仿真

　　0引言

　　随着世界人口总量的不断攀升，各个国家为了解决经济发展和社会需求问题，不断在积极寻找新型的能源以减少开采地球所蕴藏的煤、石油和天然气等化石燃料。对于这些有限的化石能源来说，无限制地开采有朝一日必将导致它们的枯竭[1]。大量地使用化石燃料，对全球的环境和生态系统也会造成严重的破坏和污染。随着科学技术的进步，在目前的新型能源利用方式中，通过太阳能发电已经取得一定的突破发展，相比于风能、潮汐能等新能源，太阳能不受地形环境的影响，是取之不竭，用之不尽的清洁能源，合理利用太阳能发电，不仅能减缓化石燃料的开采速度，也有助于环境的保护[2]。

　　因此，太阳能在今后能源体系中必将占有一席之地。太阳能电池在发电工作中，会将光能转变为电能，其输出性能不仅会受到光照强度的影响，而且也会受到工作温度等其他因素的影响[3]。因此，利用Matlab/Simulink软件建立太阳能电池仿真模型，研究太阳能电池的输出性能，通过仿真得到其输出特性曲线，并分析其在不同外界环境因素下能够输出的最大功率点，对今后太阳能电池的发展以及实现在最大功率点工作具有理论借鉴意义。

　　1太阳能电池的工作原理

　　太阳能电池是一种将光能直接转变为电能的清洁能源发电装置[4]，以硅元素作为半导体材料的太阳能电池为例，其工作原理是利用半导体P-N结的光生伏特效应。所谓光生伏特效应就是当光线照射到物体表面上时，物体内部产生电子与空穴对，电子进入半导体的N区，空穴对进入半导体的P区，这样就使N区聚集了大量的电子，P区聚集了过剩的空穴对，打破了物体内原本的电荷分布状态，使P区带正电荷，N区带负电荷，让两区之间产生了电动势与电流，进而实现光到电的能量转换[5-6]。

　　太阳能电池的开路电压随工作温度升高而降低的同时，输出的最大功率值也在逐渐减少。光照强度温度对太阳能电池输出特性的影响设置工作温度为25℃，设置光照强度分别为600W/m2、800W/m2、1000W/m2、1200W/m2，得到不同光照强度下的太阳能电池输出特性曲线，不同光照强度下的电压-电流曲线可以看出，不同光照强度下的短路电流Isc值随着光照强度的提高而逐渐增加，同时太阳能电池的开路电压值VOC也随光照强度的提高逐渐增加。

　　不同光照强度下的P-V曲线可以得到，随着光照强度的提高，太阳能电池的输出最大的功率值不断提高，相同开路电压值下，随着光照强度提升，输出功率值就越高。太阳能电池是一个非线性输出的清洁能源发电装置，其输出性能不仅受到材料特性、自身参数的影响，而且还与工作时的环境温度、光照强度等外部因素有着密切关系。

　　工业论文投稿期刊：《山东工业技术》是工业论文投稿期刊，杂志1988年济南市创刊，立足山东，从现代经济和信息的视角，关注工业领域的科技创新、新成果和新技术的应用。杂志现以半月刊周期发行。

　　以工作温度、光照强度作为太阳能电池输出特性的影响因素，建立太阳能电池模型，仿真时将两者的参数值按照梯度变化，得到不同工作温度下、不同光照强度下的P-V与I-V输出特性曲线，通过与太阳能电池制造商提供的参数进行对比，验证了本模型的适用性与合理性。可为后续太阳能电池理论与技术的研究提供依据。

　　参考文献：

　　[1]张瀚月.光伏/燃料电池/蓄电池联合发电系统研究[D].成都:西南交通大学，2014.

　　[2]吴成坤.太阳能光伏模块电气特性的数学建模与仿真[J].山东工业技术，2015(6):86.

　　[3]邢广成，陈芳.太阳能光伏电池建模及仿真研究[J].船电技术，2019，39(02):27-29.

　　[4]汤坤，严利民.基于物理特性的光伏电池建模仿真及验证[J].工业控制计算机，2020，33(02):68-69

　　作者：袁文龙a，马凡b