Солнечная ячейка

Фотоэлектрический солнечный элемент.

Тип: AcausalElectricPowerSystems.Sources.SolarCell

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Electrical/Sources/Solar Cell

Описание

Блок Солнечная ячейка блок представляет собой источник тока от солнечного элемента.

Модель солнечного элемента включает в себя следующие компоненты:

Ток, индуцируемый солнечным элементом;
Температурная зависимость;
Тепловой порт.

Ток, индуцируемый солнечным элементом

Блок моделирует одиночный солнечный элемент в виде сопротивления , которое последовательно соединено с параллельной комбинацией следующих элементов:

Источник тока ;
Два экспоненциальных диода D1 и D2;
Параллельный резистор .

На рисунке показана эквивалентная электрическая схема:

solar cell 1

Выходной ток определяется как:

где

— ток, индуцируемый солнечным элементом:

где
- — освещенность солнечного элемента (интенсивность падающего излучения) в Вт/м²;
- — измеренный ток, генерируемый солнечным излучением при освещенности ;
— ток насыщения первого диода;
— ток насыщения второго диода;
— тепловое напряжение, равное , где
- — постоянная Больцмана;
- — значение параметра Фактическая температура ячейки;
- — элементарный заряд электрона;
— коэффициент идеальности (или коэффициент эмиссии) первого диода;
— коэффициент идеальности (или коэффициент эмиссии) второго диода;
— напряжение на электрических выводах солнечного элемента.

Коэффициент идеальности варьируется для аморфных солнечных элементов, а для поликристаллических элементов обычно равен 2.

Блок позволяет выбирать между двумя моделями:

Модель с 8 параметрами, в которой представленное выше уравнение описывает выходной ток.
Модель с 5 параметрами, в которой к представленному выше уравнению применяются следующие упрощающие допущения:
- Ток насыщения второго диода равен нулю.
- Полное сопротивление параллельного резистора бесконечно.

Если выбрана модель с 5 параметрами, то можно параметризовать блок в терминах параметров представленной выше эквивалентной схемы или в терминах тока короткого замыкания и напряжения холостого хода, которые блок использует для получения этих параметров.

Во всех моделях можно настроить сопротивление блока и параметры тока в зависимости от температуры.

Вы можете смоделировать любое количество последовательно соединенных солнечных элементов, используя один блок Солнечная ячейка, установив для параметра Количество последовательно соединенных ячеек в каждой цепочке значение больше 1. Внутренний блок по-прежнему моделирует только уравнения для одного солнечного элемента, но увеличивает выходное напряжение в зависимости от количества элементов. Такой способ моделирования более эффективен, чем индивидуальное моделирование уравнений для каждого элемента.

Температурная зависимость

Некоторые параметры солнечного элемента зависят от температуры. Температура солнечного элемента определяется значением параметра Фактическая температура ячейки.

Блок обеспечивает следующее соотношение между током, индуцируемым солнечным элементом, и температурой солнечного элемента :

где

— значение параметра Температурный коэффициент первого порядка для Iph, TIPH1;
— значение параметра Номинальная температура.

Блок обеспечивает следующее соотношение между током насыщения первого диода и температурой солнечного элемента :

где

— значение параметра Температурный показатель для Is, TXIS1;
— ширина запрещенной зоны, значение параметра Ширина запрещенной зоны, EG.

Блок обеспечивает следующее соотношение между током насыщения второго диода и температурой солнечного элемента :

где — значение параметра Температурный показатель для Is2, TXIS2.

Блок обеспечивает следующее соотношение между последовательным сопротивлением и температурой солнечного элемента :

где — значение параметра Температурный показатель для Rs, TRS1.

Блок обеспечивает следующее соотношение между параллельным сопротивлением и температурой солнечного элемента :

где — значение параметра Температурный показатель для Rp, TRP1.

Тепловой порт

Для моделирования влияния выделяемого тепла и температуры устройства можно использовать тепловой порт:

Если флажок Тепловой порт не установлен, то блок не содержит теплового порта и не моделирует выделение тепла в устройстве.
Если флажок Тепловой порт установлен, то блок содержит тепловой порт, позволяющий моделировать выделение тепла за счет теплопотерь. Для обеспечения численной эффективности тепловое состояние не влияет на электрическое поведение блока.

Модель теплового порта, показанная на следующем рисунке, отражает только тепловую массу устройства. Тепловая масса напрямую подключена к тепловому порту компонента H. Внутренний блок Управляемый источник теплового потока обеспечивает подачу теплового потока к порту и тепловой массе. Этот тепловой поток представляет собой внутреннее генерируемое тепло.

solar cell 2

Внутреннее генерируемое тепло в солнечном элементе рассчитывается в соответствии с эквивалентной схемой, приведенной в разделе Ток, индуцируемый солнечным элементом. Это сумма всех потерь на каждом из резисторов плюс потери на каждом из диодов.

Тепло, генерируемое внутри устройства из-за электрических потерь, является отдельным от солнечного излучения тепловым эффектом. Чтобы смоделировать тепловой нагрев за счет солнечного излучения, вы должны отдельно учесть его в своей модели и добавить тепловой поток к физическому узлу, подключенному к тепловому порту солнечного элемента.

Порты

Ненаправленные

# + — положительное напряжение
электричество

Details

Электрический порт, связанный с положительным напряжением солнечного элемента.

Имя для программного использования

p

# – — отрицательное напряжение
электричество

Details

Электрический порт, связанный с отрицательным напряжением солнечного элемента.

Имя для программного использования

n

# H — тепловой порт
тепло

Details

Тепловой ненаправленный порт.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите флажок Тепловой порт.

Имя для программного использования

thermal_port

Вход

# Ir — освещенность
скаляр

Details

Освещенность солнечного элемента.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Параметры

Характеристики ячейки

# Параметризация — параметризация блока
По току короткого замыкания и напряжению холостого хода, 5 параметров | По параметрам эквивалентной схемы, 5 параметров | По параметрам эквивалентной схемы, 8 параметров

Details

Выберите один из следующих методов параметризации блока:

По току короткого замыкания и напряжению холостого хода, 5 параметров — укажите ток короткого замыкания и напряжение холостого хода, которые блок преобразует в эквивалентную схему солнечного элемента.
По параметрам эквивалентной схемы, 5 параметров — укажите электрические параметры для модели эквивалентной схемы солнечного элемента, используя модель солнечного элемента с 5 параметрами, в которой используются следующие допущения:
- Ток насыщения второго диода равен нулю.
- Параллельный резистор имеет бесконечное сопротивление.
По параметрам эквивалентной схемы, 8 параметров — укажите электрические параметры для модели эквивалентной схемы солнечного элемента, используя модель солнечного элемента с 8 параметрами.

Значения	`By s/c current and o/c voltage, 5 parameter` \| `By equivalent circuit parameters, 5 parameter` \| `By equivalent circuit parameters, 8 parameter`
Значение по умолчанию	`By s/c current and o/c voltage, 5 parameter`
Имя для программного использования	`model_type_and_parameterization`
Вычисляемый	Нет

# Ток короткого замыкания, Isc — ток короткого замыкания
A | pA | nA | uA | mA | kA | MA

Details

Ток, возникающий при коротком замыкании солнечного элемента.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация значение По току короткого замыкания и напряжению холостого хода, 5 параметров.

Единицы измерения	`A` \| `pA` \| `nA` \| `uA` \| `mA` \| `kA` \| `MA`
Значение по умолчанию	`7.34 A`
Имя для программного использования	`I_sc`
Вычисляемый	Да

# Напряжение холостого хода, Voc — напряжение холостого хода
V | uV | mV | kV | MV

Details

Напряжение на солнечном элементе, когда он не подключен.

Зависимости

Единицы измерения	`V` \| `uV` \| `mV` \| `kV` \| `MV`
Значение по умолчанию	`0.6 V`
Имя для программного использования	`V_oc`
Вычисляемый	Да

# Номинальная освещённость, Ir0 — освещенность, используемая для измерений
W/m^2

Details

Освещенность, при которой в солнечном элементе возникает ток, равный .

Единицы измерения	`W/m^2`
Значение по умолчанию	`1000.0 W/m^2`
Имя для программного использования	`irradiance0`
Вычисляемый	Да

# Коэффициент эмиссии первого диода, N — коэффициент эмиссии первого диода

Details

Коэффициент эмиссии первого диода.

Значение по умолчанию	`1.5`
Имя для программного использования	`N_diode1`
Вычисляемый	Да

# Последовательное сопротивление, Rs — последовательное сопротивление
Ohm | mOhm | kOhm | MOhm | GOhm

Details

Внутреннее последовательное сопротивление.

Единицы измерения	`Ohm` \| `mOhm` \| `kOhm` \| `MOhm` \| `GOhm`
Значение по умолчанию	`0.0 Ohm`
Имя для программного использования	`R_s`
Вычисляемый	Да

# Ток насыщения первого диода, Is — ток насыщения первого диода
A | pA | nA | uA | mA | kA | MA

Details

Асимптотический обратный ток первого диода для увеличения обратного смещения при отсутствии какого-либо падающего излучения.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация значение По параметрам эквивалентной схемы, 5 параметров или По параметрам эквивалентной схемы, 8 параметров.

Единицы измерения	`A` \| `pA` \| `nA` \| `uA` \| `mA` \| `kA` \| `MA`
Значение по умолчанию	`1.0e-6 A`
Имя для программного использования	`I_diode1_sat`
Вычисляемый	Да

# Ток ячейки при номинальность освещенности, Iph0 — ток, генерируемый солнечным излучением, для измерений
A | pA | nA | uA | mA | kA | MA

Details

Ток, индуцируемый солнечным излучением, когда освещенность элемента равна .

Зависимости

Единицы измерения	`A` \| `pA` \| `nA` \| `uA` \| `mA` \| `kA` \| `MA`
Значение по умолчанию	`7.34 A`
Имя для программного использования	`I_ph0`
Вычисляемый	Да

# Ток насыщения второго диода, Is2 — ток насыщения второго диода
A | pA | nA | uA | mA | kA | MA

Details

Асимптотический обратный ток второго диода для увеличения обратного смещения при отсутствии какого-либо падающего излучения.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Параметризация значение По параметрам эквивалентной схемы, 8 параметров.

Единицы измерения	`A` \| `pA` \| `nA` \| `uA` \| `mA` \| `kA` \| `MA`
Значение по умолчанию	`0.0 A`
Имя для программного использования	`I_diode2_sat`
Вычисляемый	Да

# Коэффициент эмиссии второго диода, N2 — коэффициент эмиссии второго диода

Details

Коэффициент эмиссии второго диода.

Зависимости

Значение по умолчанию	`2.0`
Имя для программного использования	`N_diode2`
Вычисляемый	Да

# Параллельное сопротивление, Rp — параллельное сопротивление
Ohm | mOhm | kOhm | MOhm | GOhm

Details

Внутреннее параллельное сопротивление.

Зависимости

Единицы измерения	`Ohm` \| `mOhm` \| `kOhm` \| `MOhm` \| `GOhm`
Значение по умолчанию	`Inf Ohm`
Имя для программного использования	`R_p`
Вычисляемый	Да

Конфигурация солнечной панели

# Количество последовательно соединенных ячеек в каждой цепочке — количество последовательно соединенных солнечных элементов в каждой цепочке

Details

Количество последовательно соединенных солнечных элементов в каждой цепочке, моделируемой блоком. Значение должно быть больше 0.

Значение по умолчанию	`1.0`
Имя для программного использования	`series_cell_count`
Вычисляемый	Да

# Количество параллельно соединенных цепочек — количество параллельно соединенных цепочек

Details

Количество цепочек солнечных элементов, соединенных параллельно. Значение должно быть больше 0.

Значение по умолчанию	`1.0`
Имя для программного использования	`parallel_cell_count`
Вычисляемый	Да

Температурная зависимость

# Тепловой порт — включение теплового порта

Details

Чтобы включить моделирование тепловых эффектов, установите флажок для этого параметра.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`has_thermal_port`
Вычисляемый	Нет

Details

Порядок линейного увеличения тока, генерируемого солнечным элементом, при повышении температуры. Значение должно быть больше или равно 0.

Единицы измерения	`1/K` \| `1/degR` \| `1/deltaK` \| `1/deltadegC` \| `1/deltadegF` \| `1/deltadegR`
Значение по умолчанию	`0.0 1/K`
Имя для программного использования	`K0`
Вычисляемый	Да

# Ширина запрещенной зоны, EG — ширина запрещенной зоны
J | mJ | kJ | MJ | mW*hr | W*hr | kW*hr | MW*hr | eV | cal | kcal | Btu_IT

Details

Энергия активации солнечного элемента. Значение должно быть больше или равно 0.1.

Единицы измерения	`J` \| `mJ` \| `kJ` \| `MJ` \| `mWhr` \| `Whr` \| `kWhr` \| `MWhr` \| `eV` \| `cal` \| `kcal` \| `Btu_IT`
Значение по умолчанию	`1.11 eV`
Имя для программного использования	`E_g`
Вычисляемый	Да

# Температурный показатель для Is, TXIS1 — температурный показатель для I_s

Details

Порядок экспоненциального увеличения тока на первом диода при повышении температуры. Значение должно быть больше 0.

Значение по умолчанию	`3.0`
Имя для программного использования	`K1`
Вычисляемый	Да

# Температурный показатель для Rs, TRS1 — температурный показатель для R_s

Details

Порядок экспоненциального увеличения последовательного сопротивления при повышении температуры. Значение должно быть больше или равно 0.

Значение по умолчанию	`0.0`
Имя для программного использования	`K3`
Вычисляемый	Да

Details

Температура, при которой были измерены параметры солнечного элемента. Значение должно быть больше 0.

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`25.0 degC`
Имя для программного использования	`T_measurement`
Вычисляемый	Да

Details

Температура, при которой моделируется солнечный элемент. Значение должно быть больше 0.

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`25.0 degC`
Имя для программного использования	`T_device_fixed`
Вычисляемый	Да

# Температурный показатель для Is2, TXIS2 — температурный показатель для I_s2

Details

Порядок экспоненциального увеличения тока на втором диоде при повышении температуры. Значение должно быть больше или равно 0.

Зависимости

Значение по умолчанию	`3.0`
Имя для программного использования	`K2`
Вычисляемый	Да

# Температурный показатель для Rp, TRP1 — температурный показатель для R_p

Details

Порядок экспоненциального увеличения параллельного сопротивления при повышении температуры. Значение должно быть больше или равно 0.

Зависимости

Значение по умолчанию	`0.0`
Имя для программного использования	`K4`
Вычисляемый	Да

Тепловой порт

# Тепловая масса на ячейку — тепловая масса на ячейку
J/K | kJ/K

Details

Тепловая энергия, необходимая для повышения температуры одного солнечного элемента на один градус. При последовательном моделировании более чем одной ячейки укажите тепловую массу для одной ячейки. Это значение умножается на количество элементов, чтобы определить общую тепловую массу.

Единицы измерения	`J/K` \| `kJ/K`
Значение по умолчанию	`100.0 J/K`
Имя для программного использования	`thermal_mass`
Вычисляемый	Да

Details

Температура солнечного элемента в начале моделирования.

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`25.0 degC`
Имя для программного использования	`T_start`
Вычисляемый	Да

Литература

J.A. Gow J.A., C.D. Manning, Development of a Photovoltaic Array Model for Use in Power-Electronics Simulation Studies. IEEE Proceedings of Electric Power Applications, Vol. 146, No. 2, 1999, pp. 193–200.