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摘 要

随着经济的发展和社会的进步，能源的需求日益提高，而传统的化石能源对社会的污染问题日益加剧，人类面临着能源危机，作为绿色清洁能源之一的太阳能越来越受到人们的重视。其中光伏发电是当前利用太阳能发电的主要方式之一，光伏电池的输出特性又受到光照强度和环境温度影响很大，具有非线性的特点，在特定工作环境下存在唯一的一个最大功率输出点，就需要对光伏阵列的最大功率点进行跟踪（MPPT）。本文结合光伏阵列最大功率点的跟踪方法，建立光伏阵列的数学模型，并利用数学模型建立光伏阵列的Matlab的仿真模型，模拟出光伏阵列与光照强度和环境温度的V-I特性曲线，对研究光伏发电具有一定的意义。

本文首先对光伏电池的原理进行分析，了解光伏电池的特性和原理。然后对最大功率点跟踪方法进行比较分析，了解其优点和缺点。最后根据光伏阵列的数学模型，建立Matlab仿真模型，仿真出最大功率点的特性曲线。

关键词：光伏电池；光伏阵列；Matlab；最大功率点；仿真模型

Research on General Simulation Model of Photovoltaic Array Based on MATLAB

Abstract

With the development of economy and the progress of society, the demand for energy is increasing day by day, and the pollution of traditional fossil energy to society is becoming more and more serious. Human beings are facing the energy crisis. Solar energy, as one of the green and clean energy sources, has attracted more and more attention. Among them, photovoltaic power generation is one of the main ways to use solar energy. The output characteristics of photovoltaic cells are greatly affected by light intensity and environmental temperature. It has the characteristics of non-linearity. There is only one maximum power output point in a specific working environment, so it is necessary to track the maximum power point (MPPT) of photovoltaic arrays. In this paper, a mathematical model of photovoltaic array is established based on the tracking method of maximum power point of photovoltaic array, and a simulation model of photovoltaic array is established by MATLAB. The V-I characteristic curves of photovoltaic array and light intensity and environmental temperature are simulated, which has certain significance for the study of photovoltaic power generation.

Firstly, the principle of photovoltaic cells is analyzed to understand the characteristics and principles of photovoltaic cells. Then the maximum power point tracking method is compared and analyzed to understand its advantages and disadvantages. Finally, according to the mathematical model of photovoltaic array, the simulation model of MATLAB is established, and the characteristic curve of maximum power point is simulated.

Key words: photovoltaic cell; photovoltaic array; matlab; maximum power point; simulink simulation

目录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 引言 1

1.1太阳能的背景及应用现状 1

1.1.1太阳能的背景 1

1.1.2太阳能发电的应用及组成 1

1.1.3太阳能的发展趋势 2

1.2研究光伏阵列仿真的意义 2

1.3本文主要的研究内容 3

1.4本章小结 3

第二章 光伏电池及其特性 4

2.1光伏电池的工作原理 4

2.2光伏电池的P-V和I-V特性 5

2.3影响光伏电池效率的因素 7

2.4光伏阵列的组成 7

2.5本章小结 8

第三章 最大功率点控制方法 9

3.1最大功率点的跟踪方法 9

3.1.1基于优化数学模型的MPPT控制方法 9

3.1.2基于扰动的自寻优MPPT控制方法 9

3.1.3基于智能处理方法和其他非线性控制策略的MPPT控制方法 10

3.1.4基于输出端控制的MPPT控制方法 11

3.1.5选择MPPT控制方法应考虑的问题 11

3.2MPPT研究发展方向 11

3.3本章小结 11

第四章 光伏阵列通用仿真模型的设计 12

4.1光伏模块的数学模型 12

4.2光伏阵列Matlab仿真模型 14

4.3本章小结 14

第五章 总结与展望 15

致谢 16

参考文献 17

第一章 引言

1.1太阳能的背景及应用现状

1.1.1太阳能的背景

在当今社会，对于不可再生能源如煤和石油的需求不断增加。化石能源的供应紧缺。能源问题已经开始制约社会的发展。与此同时，化石燃料也造成了巨大的污染社会环境。因此，使用新能源的发展，已成为最重要的问题了。作为新能源之一的太阳能，光伏发电又是当前利用太阳能发电的最主要的一种方式。虽然目前光伏发电有成本高、日照条件不稳定等缺点，但是其具有无污染、可再生、安全可靠等优点，是目前最清洁的能源之一，这是目前社会发展最为重要的一点。地球上蕴含着极其大量的太阳辐射，其每秒辐射的能量大约是1.6*1023kW，同时，穿过大气层到达地球表面的能量约高达8104kW，与燃烧654吨标准煤所产生的热量相当。根据这样来计算，地球表面的太阳能一年产生的总量如果折算为标准煤燃烧所差不多为200.552亿吨，是现在主要能源储量的10000倍。太阳能还可以持续几十亿年，也就相当于取之不尽用之不竭。地球上绝大部分地方都有太阳光照射，使得可以应用的地方面积非常大。这些优点都让太阳能拥有非常良好的前景。

我国有着极为广阔的太阳能能源，拥有非常好的前景，在现在的社会上，我国的太阳能发展还不是很发达，但是目前建造的产业的规模庞大，排名世界第一，是国际上光伏电池最为关键的生产国。同时也是全球太阳能热水器生产量和使用量最大的国家。我国有两种光伏产品发展较好分别是：太阳能光伏发电系统和热水系统。

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