Matlab光伏太阳能发电实验系统的设计(3)
太阳能电池作为太阳能光伏发电最核心的器件，已有160多年的发展史。1839，法国物理学家Becqurel发现“光生伏打效应”，标志着光伏发电的萌芽。1954年，贝尔实验室研制出第一块光伏电池，从此开辟了光伏发电应用的新篇章。随着科技的发展，光伏电池的效率也得到了显著提高，最高时可接近30％[5]。光伏发电的另一重要组成部分就是逆变器了。它不仅具有直交流变换功能，更可以大幅提高光伏发电的效率。现在的逆变器大都具有自动运行和停机功能，当然，最大功率跟踪控制功能也是必不可少的。
1.3 本文研究内容与章节安排
本文着重介绍了光伏发电系统的基本原理并对其进行了仿真，还加入了最大功率点的研究，本文所做的工作总结如下：
（1）分析光伏电池的等效电路以及工作原理，并将其转化为数学模型；
（2）建立光伏电池仿真模型，运用Matlab对该模型仿真，最终得出光伏电池的输出特性曲线；
（3）分析Buck电路工作原理，并对其进行仿真模拟，完成了本实验制定的目标。
（4）介绍最大功率点跟踪的原理及其必要性，依次分析了三种最基本方法（定电压跟踪法、干扰观测法、电导增量法）的优缺点，针对电导增量法进行了改进，将S-function运用到仿真中。
（5）将各器件相连完成系统实验，完成太阳能发电实验系统的设计。
2 太阳能光伏发电系统
2.1 独立光伏发电系统
光伏发电系统不与公共电网相连的电网系统被称为独立光伏发电系统，即光伏发电系统独立运行[6]。内部有储能部件是该光伏系统的最主要特点，如图2.1所示，其工作原理是太阳能电池在太阳的照射下将太阳能通过控制器向锂电池充电，从而把电能储存在锂电池中，并通过转化器给锂电池供电。日常生活中我们所见的太阳能发电系统多以太阳能热水器等笨重的形式呈现，而本文将主要研究便携式太阳能发电系统，打破了传统的观念，该系统能直接通过转化器将太阳能转化为电能，并对手机等小功率负载充电，方便快捷，非常实用。
图2.1独立光伏发电系统
2.2 光伏电池的工作原理
太阳能是一种辐射能，它的辐照会产生发射、传输或吸收这几种情况。吸收是指入射光的光子能转化为另一种形式的能量，需要依靠能量转换装置才能将辐射能转换为电能，这种能量转换装置之一就是光伏电池。
产生光生伏特效应是光伏电池的基本工作原理：当太阳光照射到半导体表面上时，在半导体内部产生电动势的现象。光伏电池大多采用硅作为基底材料，主要分为单晶硅电池、多晶硅电池和非晶硅电池[7]。
⑴ PN结的形成
光伏电池是由许多PN接组成的，可被看成一个大的PN结，在这些半导体中新的电子空穴对无时无刻不在生成，电子和空穴也在不停地复合。
P型半导体结合N型半导体后，因为N型半导体内电子多，而P型半导体内空穴多，在交接处必然会发生电子和空穴的浓度差。浓度差导致的扩散形成空间电荷，在空间电荷区内部有一个N区指向P区的电场，扩散的继续进行导致空间电荷区的加宽和内电场的增强[8]。随着内电场的增强，PN结内部电荷逐渐趋于平衡，最终内电场的场强趋于稳定。
⑵ 光生伏特效应
当太阳光照射到PN结表面上时，有一部分光能因反射而无法被转化为电能，剩下的能量大都被PN结吸收，一光子的形式出现在PN结中，组成的价电子互相碰撞，当它足够多时就会摆脱共价键的束缚而产生空穴对。其中电子较多的是N区，空穴较多的是P区，导致P区带正电，N区带负电[9]。
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