(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010434850.8
(22)申请日 2020.05.21
(71)申请人 上海电机学院
地址 200240 上海市闵行区江川路690号
(72)发明人 仇晨 潘继元
(74)专利代理机构 上海伯瑞杰知识产权代理有
限公司 31227
代理人 俞磊
(51)Int.Cl.
G06F 30/20(2020.01)
G06F 111/10(2020.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明提供了一种光伏电池等效建模方法，
其包括以下步骤：获取标准状态下光伏电池的开
路电压U oc 、短路电流I sc 、最大功率点电压U m 、最 大功率点电流I m ；计算所述光伏电池的输出伏安
计，在设计建模过程中使用本发明的模型，不仅
可以准确地模拟光伏单元的输入输出特性，还可
避免复杂的迭代运算，使得该模型可用于光伏系
统的快速原型设计。权利要求书2页 说明书4页 附图1页CN 111611710 A 2020.09.01
C N 111611710
A
1.一种光伏电池等效建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
(S1)获取标准状态下光伏电池的开路电压U oc、短路电流I sc、最大功率点电压U m、最大功率点电流I m；
(S2)计算所述光伏电池的输出伏安特性模型，其表达式为：
其中：I为所述光伏电池的输出电流、U为所述光伏电池的输出电压、I sc-ne为短路电流的环境修正值、U oc-new为开路电压的修正值、C1和C2为模型系数； 短路电流的环境修正值I sc-new的计算表达式为：
其中：S为环境的光照强度、α为电流温度补偿系数、T为环境温度、K为光照系数、T B为温度基准值、S B为光照强度基准值；
开路电压的修正值U oc-new的计算表达式为：
其中：b为光强补偿系数，c为电压温度补偿系数；
模型系数C1的计算表达式为：
其中：I m-new为最大功率点电流修正值，U m-new为最大功率点电压修正值；
最大功率点电流修正值I m-new的计算表达式为：
最大功率点电压修正值U m-new的计算表达式为：
模型系数C2的计算表达式为：
2.根据权利要求1所述的一种光伏电池等效建模方法，其特征在于，电压温度补偿系数
c、光强补偿系数b以及电流温度补偿系数a为经验参数。
3.根据权利要求1所述的一种光伏电池等效建模方法，其特征在于，温度基准值T B为25℃；光照强度基准值S B为1000W/m2。
4.根据权利要求3所述的一种光伏电池等效建模方法，其特征在于，所述光伏电池的开路电压U oc、短路电流I sc、最大功率点电压U m、最大功率点电流I m在温度基准值T B以及光照强
度基准值S B的条件下测量得出。
一种光伏电池等效建模方法
技术领域
[0001]本发明涉及光伏领域，尤其涉及一种光伏电池等效建模方法。
背景技术
[0002]随着环保意识的不断增强，光伏发电系统得到了越来越广泛的应用。光伏发电系统通常规模较小，用于安装环境和应用场景的多变，光伏系统通常需要灵活的设计，难以采用通用的模块化设计。
[0003]在设计光伏系统中，一个重要的步骤是获得光伏发电单元的准确数学模型。然而，在不同的地区，温度和光照强度不同，厂商提供的模型通常难以覆盖全部的工作情况。对此，需要在仿真设计过程中采用参数模型。
[0004]现有技术中，光伏发电单元最原始的参数模型以串联电阻模型为主，但是这种模型仅考虑光伏发电的损耗，并没有考虑电荷的运动，该模型效率低。而二极管模型等效电路中的参数整定较为繁杂，需要经过多次迭代，最终得到结果，该模型整定复杂，参数之间的影响不直观。在工程设计时难以通过手工快速计算。
发明内容
[0005]针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种光伏电池等效建模方法，该建模方法采用的模型解决了现有技术中模型精度低、计算复杂的问题。
[0006]本发明通过以下的技术方案实现：
[0007]一种光伏电池等效建模方法，其包括以下步骤：
[0008](S1)获取标准状态下光伏电池的开路电压U oc、短路电流I sc、最大功率点电压U m、最大功率点电流I m；
[0009](S2)计算所述光伏电池的输出伏安特性模型，其表达式为：
[0010]
[0011]其中：I为所述光伏电池的输出电流、U为所述光伏电池的输出电压、I sc-new为短路电流的环境修正值、U oc-new为开路电压的修正值、C1和C2为模型系数；
[0012]短路电流的环境修正值I sc-new的计算表达式为：
[0013]
[0014]其中：S为环境的光照强度、α为电流温度补偿系数、T为环境温度、K为光照系数、T B 为温度基准值、S B为光照强度基准值；
[0015]开路电压的修正值U oc-new的计算表达式为：
[0016]
[0017]其中：b为光强补偿系数，c为电压温度补偿系数；
[0018]模型系数C1的计算表达式为：
[0019]
[0020]其中：I m-new为最大功率点电流修正值，U m-new为最大功率点电压修正值；[0021]最大功率点电流修正值I m-n的计算表达式为：
[0022]
[0023]最大功率点电压修正值U m-new的计算表达式为：
[0024]
[0025]模型系数C2的计算表达式为：
[0026]
[0027]本发明的进一步改进在于，电压温度补偿系数c、光强补偿系数b以及电流温度补偿系数a为经验参数。
[0028]本发明的进一步改进在于，温度基准值T B为25℃；光照强度基准值S B为1000W/m2。[0029]本发明的进一步改进在于，所述光伏电池的开路电压U oc、短路电流I sc、最大功率点电压U m、最大功率
点电流I m在温度基准值T B以及光照强度基准值S B的条件下测量得出。[0030]本发明的有益技术效果为：该模型由理论模型推导得出，为了解决需要迭代的问题进行了近似，在保证了精度的前提下，得出的模型更加直观且容易计算，计算过程不必借助计算机(迭代运算因精度问题，几乎不可能手动计算)。本发明的模型可用于光伏系统的设计，在设计建模过程中，使用本发明的模型，不仅可以准确地模拟光伏单元的输入输出特性，还可避免复杂的迭代运算，使得该模型可用于光伏系统的快速原型设计。
附图说明
[0031]图1为本发明采用的光伏电池等效模型的示意图。
具体实施方式
[0032]下面根据附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。
[0033]本发明的实施例包括一种光伏电池等效建模方法，该方法所采用的模型如图1所示。该模型中，I sh为光生电流，其值正比于光伏电池的面积和入射光的光照强度；I D为流经等效二极管的电流；I为光伏电池输出的负载电流；U D为等效二极管的端电压，无光照情况下，光伏电池的基本行为特性类似于一个普通二极管；U为负载两端电压；R L为电池的负载电阻；R S为等效串联电阻；R sh为等效并联电阻。
[0034]对于图1所示的模型，其满足以及下公式：
[0035]I＝I ph-I D-I sh
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