光伏發(fā)電技術(shù)論文(2)
光伏發(fā)電技術(shù)論文
光伏發(fā)電技術(shù)論文篇二
光伏發(fā)電仿真技術(shù)研究
摘要：目前基于光伏發(fā)電內(nèi)容的教學(xué)存在知識(shí)偏難、理論過(guò)多等現(xiàn)狀。在該太陽(yáng)能電池板模擬仿真操作實(shí)訓(xùn)軟件平臺(tái)可將理論知識(shí)和仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，可以使學(xué)生對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)中光電轉(zhuǎn)化能力、太陽(yáng)能電池伴隨外界環(huán)境及自身性質(zhì)的變化關(guān)系等知識(shí)內(nèi)容有系統(tǒng)性、直觀性的理解，便于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力，可達(dá)到較好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能發(fā)電 仿真系統(tǒng) 實(shí)訓(xùn)軟件
1 概述
目前太陽(yáng)能電池板廣泛應(yīng)用于軍事、航天、農(nóng)業(yè)、通信、民用及公用設(shè)施、發(fā)電等，但我國(guó)基于太陽(yáng)能電池板模擬仿真操作實(shí)訓(xùn)軟件還處于空白狀態(tài)，急需開(kāi)展。其次，針對(duì)于授課形式，傳統(tǒng)的理論授課不能充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，實(shí)訓(xùn)課的設(shè)備條件在技術(shù)上難以滿(mǎn)足要求，而太陽(yáng)能電池仿真軟件的操作可以彌補(bǔ)上述授課形式的不足，模擬式的教學(xué)是高校當(dāng)前最為有效的實(shí)踐教學(xué)手段;另外，從節(jié)約成本考慮，光電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，設(shè)備更新頻率極快，而職業(yè)院校的設(shè)備的頻繁更新具有不可行性。綜上所述，開(kāi)發(fā)一款針對(duì)于太陽(yáng)能電池板的操作軟件是極其必要的?；谏鲜霰尘?，對(duì)太陽(yáng)能電池板進(jìn)行模擬仿真操作，主要基于軟件層面，面向職業(yè)院校學(xué)生，通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能電池板的操作，研究光電轉(zhuǎn)化能力、太陽(yáng)能電池伴隨外界環(huán)境及自身性質(zhì)的變化關(guān)系及外界環(huán)境(光、熱等)對(duì)太陽(yáng)能電池板的主要影響等。
2 建立模擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)
此實(shí)訓(xùn)平臺(tái)服務(wù)于職業(yè)類(lèi)院校光電領(lǐng)域太陽(yáng)能電池的課堂教學(xué)，主要實(shí)現(xiàn)一個(gè)可替代實(shí)際太陽(yáng)能電池板實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的太陽(yáng)能電池仿真模擬系統(tǒng)。其階段內(nèi)容主要有：太陽(yáng)能電池系統(tǒng)運(yùn)行原理流程、太陽(yáng)能電池系統(tǒng)物理與數(shù)學(xué)模型編程、模擬及驗(yàn)證及可視化處理及數(shù)據(jù)庫(kù)建立。
2.1 物理模型和數(shù)學(xué)模型的確定 影響太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)輸出效率的因素有很多，諸如硅片產(chǎn)品質(zhì)量(電池的自身屬性：如尺寸、材料、結(jié)構(gòu))、太陽(yáng)能電池組件制造工藝、天氣因素、溫度因素、地理位置因素等。將上述影響因素做歸納整合，并綜合考慮到本課題軟件所能達(dá)到的仿真環(huán)境，將此仿真系統(tǒng)簡(jiǎn)化分為外界環(huán)境、電池自身屬性和輸出存儲(chǔ)設(shè)備三大塊，本仿真系統(tǒng)采用了型號(hào)為HT001.5P的硅太陽(yáng)能電池，建立的可直接使用的數(shù)據(jù)庫(kù)參量主要有不同城市的緯度值、不同顏色光的頻率及其對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的光子數(shù)量。
根據(jù)所建立數(shù)據(jù)庫(kù)做相應(yīng)簡(jiǎn)化，再經(jīng)物理模型的簡(jiǎn)化整理，并根據(jù)光學(xué)、光電子技術(shù)、熱學(xué)和電學(xué)的基本知識(shí)，找到相應(yīng)物理模型的運(yùn)算公式，做出如下推導(dǎo)，在推導(dǎo)的過(guò)程中我們忽略了暗電流的影響，暗電流Id與反向漏電流及溫度有關(guān)，但其計(jì)算出的結(jié)果對(duì)整體的功率影響很小，故在這里近似忽略不計(jì)。
So=Scosθ (2-1)
這樣可以計(jì)算出太陽(yáng)能電池板的有效面積S0，其中，S為電池板的面積，θ為城市緯度。
Eo=hv (2-2)
通過(guò)式子(2-2)可以算出單個(gè)光子的能量E0，其中，h為普朗克常量，v為光頻。
E=E0-ε0 (2-3)
由上式可以得到每種一種光頻下的光子總能量E，其中，ε0為硅的躍遷能。
P=P0η (2-4)
由以上各式推導(dǎo)得到最后的太陽(yáng)能電池板的輸出功率運(yùn)算公式為：
P=n(hv-ε)Scosθη (2-5)
其中，P為太陽(yáng)能電池的輸出功率，n為光子數(shù)量。由最終的式子說(shuō)明，太陽(yáng)能電池板的輸出功率與光子頻率、城市緯度、電池板類(lèi)型及轉(zhuǎn)換效率等參數(shù)有關(guān)。
2.2 模擬仿真平臺(tái)的搭建 通過(guò)調(diào)研及分析上述數(shù)據(jù)資料及公式，可以清晰的看出，主要變化因素為各城市所處緯度θ和光子頻率ν。通過(guò)改變這兩個(gè)變量，可以對(duì)比得出不同城市及不同光子頻率下硅太陽(yáng)能電池的輸出功率。硅電池的其他參量均當(dāng)作常量使用，只需固定其中一個(gè)變量，就可以得到另一變量對(duì)于輸出功率的影響。下面將會(huì)通過(guò)labview軟件，重點(diǎn)圍繞這兩組對(duì)比實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬仿真出功率的輸出情況。
通過(guò)在后置程序面板中搭建好電路，最終將會(huì)得到以上兩組可視化仿真界面圖。在仿真面板中先設(shè)置好基本參量值，橫坐標(biāo)為城市緯度，縱坐標(biāo)為輸出功率值。將各城市的緯度值固定，通過(guò)輸入7種光的頻率值，運(yùn)行后會(huì)生出如圖2所示的7組不同光頻的功率輸出。設(shè)置好基本常量值，固定各色光的頻率，通過(guò)輸入變量城市緯度值，則會(huì)生成如圖3所示的7組對(duì)比功率輸出值。
由以上兩個(gè)光輸出功率圖，可以通過(guò)輸入單個(gè)光頻或某個(gè)城市下的緯度值，來(lái)看一組條件下光的輸出功率;也可以輸入多個(gè)光頻或多個(gè)城市緯度值，來(lái)對(duì)比分析多組光頻及城市緯度值對(duì)輸出功率的影響。因此，學(xué)生在操作時(shí)無(wú)需動(dòng)用后臺(tái)程序，只需操作上述可視化界面即可，通過(guò)改變相應(yīng)參量即可非常直觀、立體的得出不同的太陽(yáng)能電池功率輸出情況。
3 結(jié)束語(yǔ)
為了提高職業(yè)類(lèi)院校光電領(lǐng)域太陽(yáng)能電池的課堂教學(xué)效果，利用可替代實(shí)際太陽(yáng)能電池板實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的太陽(yáng)能電池仿真模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中太陽(yáng)能電池原理展示，太陽(yáng)能電池性能測(cè)試等所有的項(xiàng)目。將此仿真系統(tǒng)可以反映出不同的季節(jié)、天氣、緯度和時(shí)段條件下光伏發(fā)電效率等，學(xué)生可以根據(jù)自身的需求設(shè)計(jì)不同的模擬實(shí)驗(yàn)和模擬研究。構(gòu)建以素質(zhì)教育為重點(diǎn)的仿真教育平臺(tái)，可提高學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，改變了以往光伏發(fā)電技術(shù)課程教學(xué)中存在的枯燥、繁雜問(wèn)題，提高了教學(xué)質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)：
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作者簡(jiǎn)介：許毅(1980-)，女，山東牟平人，講師，主要研究方向：光電子、微電子。
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