光伏参数提取与太阳能干燥室优化研究

### 光伏参数提取与太阳能干燥室优化研究 #### 1. 光伏参数提取新方法 在光伏领域，光伏（PV）面板的性能会随时间、天气条件和老化而下降，因此预测这些性能下降对避免其对光伏能源生产的破坏性影响至关重要。评估光伏面板在不同气候条件（主要是温度和辐照度）下的行为是必要的。 目前公开的光伏参数提取方法主要分为两类： - **曲线拟合方法**：使用所有范围的电流 - 电压数据，能产生更准确的参数值，但需要所有实验点的数据，成本较高。 - **选点法**：只需要电流 - 电压特性上几个选定点（如短路点、开路点和最大功率点）的坐标，这些点通常由制造商在标准测试条件（STC）下的数据表提供。这种方法在实际应用中很重要，因为它速度快且需要的数据量少。 大多数已发表的工作是在STC下进行参数提取，并且假设某些确定的参数在环境条件下不变，但实验证明光伏参数值会随温度和辐照度变化，因此这种假设在物理上是无效的，需要开发准确的翻译方程来预测未知的光伏参数。 ##### 1.1 光伏电池的电气建模 最常用的太阳能电池等效电路是单二极管模型，也称为五参数模型。相关方程如下： \[I = I_{ph} - I_{s}(e^{\frac{V + R_{s}I}{nV_{t}}} - 1) - \frac{V + R_{s}I}{R_{sh}}\] 其中： - \(I\)：输出电流 [A] - \(V\)：输出电压 [V] - \(I_{ph}\)：光电流 [A] - \(I_{s}\)：二极管反向饱和电流 [μA] - \(R_{s}\)、\(R_{sh}\)：分别是与电池相关的串联电阻 [Ω] 和并联电阻 [Ω] - \(n\)：理想因子 - \(V_{t} = \frac{N_{s}K_{B}T}{q}\) 是模块的热电压，其中 \(N_{s}\) 是串联的光伏电池数量，\(q\) 是电子电荷 [\(q = 1.602×10^{-19} C\)]，\(K_{B}\) 是玻尔兹曼常数 [\(K_{B} = 1.38×10^{-23} J/K\)]，\(T\) 是温度 [K]。 ##### 1.2 新的光伏参数提取方法 为了提取物理参数 \(R_{s}\)、\(R_{sh}\)、\(n\)、\(I_{s}\) 和 \(I_{ph}\)，通过在三个显著点（短路点 \((0, I_{sc})\)、开路点 \((V_{oc}, 0)\) 和最大功率点 \((V_{m}, I_{m})\)）评估上述方程，得到以下方程组： \[I_{sc} - I_{ph} + I_{s}(e^{\frac{R_{s}I_{sc}}{nV_{t}}} - 1) + \frac{R_{s}I_{sc}}{R_{sh}} = 0\] \[I_{ph} - I_{s}(e^{\frac{V_{oc}}{nV_{t}}} - 1) - \frac{V_{oc}}{R_{sh}} = 0\] \[I_{m} - I_{ph} + I_{s}(e^{\frac{V_{m} + R_{s}I_{m}}{nV_{t}}} - 1) + \frac{V_{m} + R_{s}I_{m}}{R_{sh}} = 0\] 第四个非线性方程是基于最大功率点处功率对电压的导数为零得到的： \[I_{m} - I_{s}(\frac{V_{m} - R_{s}I_{m}}{nV_{t}})(e^{\frac{V_{m} + R_{s}I_{m}}{nV_{t}}}) - \frac{V_{m} - R_{s}I_{m}}{R_{sh}} = 0\] 通过消除 \(R_{sh}\)，重新表述上述方程，并假设 \(I_{ph} \gg e^{\frac{R_{s}I_{sc}}{nV_{t}}}\)，可以在最大功率点评估得到第五个方程，从而确定第一个参数理想因子 \(n\)： \[nV_{t}(\frac{I_{sc}}{I_{sc} - I_{m}} + \ln(\frac{I_{sc} - I_{m}}{I_{sc}})) - 2V_{m} + V_{oc} = 0\] 将理想因子 \(n\) 代入前面的方程，然后使用信赖域狗腿算法（TRDLA）求解这个非线性方程组，即可提取四个光伏参数 \(R_{s}\)、\(R_{sh}\)、\(I_{ph}\) 和 \(I_{s}\)。 ##### 1.3 结果与讨论 从京瓷 KC175GHT - 2 面板在不同温度和辐照水平下的电流 - 电压 \(I(V)\) 特性中提取三个显著点的值，将这些值代入上述方程，可提取五个未知的光伏参数，结果如下表所示： |温度 \(T (^{\circ}C)\)|辐照度 \(G(W/m^{2})\)| \(R_{s}(Ω)\) | \(R_{sh} (kΩ)\) | \(n\) | \(I_{s} (µA)\) | \(I_{ph} (A)\) | RMSE [A] | | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | | 25 | 200