太陽能模擬器模擬不同環(huán)境條件下的電流-電壓曲線。這是在不使用實(shí)際光伏 (PV) 面板或外部設(shè)置進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集的情況下完成的 。

用戶可以輸入所需的規(guī)格來模擬太陽能電池板的特性并使用實(shí)際的電力輸出。這使得能夠模擬多種環(huán)境條件，包括部分陰影條件。當(dāng)無法使用實(shí)際光伏板時(shí)，這些模擬器還可作為研發(fā) (R&D) 活動(dòng)的重要工具。繼續(xù)閱讀以了解有關(guān)太陽能模擬器是什么及其工作原理的更多信息。

太陽能模擬器概述

不同形式的能源需求不斷增長，特別是風(fēng)能、太陽能和地?zé)崮艿瓤稍偕茉?。?1860 年以來，太陽能的利用一直是一個(gè)活躍的研究課題。由于分布式發(fā)電和智能電網(wǎng)的重要性日益增加，太陽能系統(tǒng)越來越受到關(guān)注。一些研究和開發(fā)工作都是基于光伏能源的高效利用。太陽能電池陣列產(chǎn)生具有隨溫度和輻照度變化的非線性特性的直流輸出。為了高效設(shè)計(jì)太陽能系統(tǒng)，模仿實(shí)際光伏特性的太陽能模擬器至關(guān)重要。

即使在太陽能光伏系統(tǒng)安裝并投入使用后，仍需要調(diào)查和解決幾個(gè)持續(xù)存在的問題，例如光伏系統(tǒng)的可靠性、發(fā)電分析以及部分遮蔽導(dǎo)致的電網(wǎng)效率[2]。為了克服這些問題，驗(yàn)證需要可重復(fù)、可擴(kuò)展且穩(wěn)定的光伏源。這凸顯了實(shí)施光伏仿真器的必要性，該仿真器可以模擬功能性光伏模塊在各種氣候條件下的電流-電壓 (IV) 輸出特性。

由于光伏系統(tǒng)技術(shù)的不斷發(fā)展和價(jià)格的降低，太陽能已經(jīng)占據(jù)了很大一部分市場(chǎng)。太陽能模擬器是一種有用的工具，可以在光伏電池板位置固定的情況下估算由于白天而造成的功率損失?？梢允褂枚喾N方法來實(shí)現(xiàn)太陽能光伏仿真器，包括各種電源轉(zhuǎn)換器拓?fù)洌?DC-DC 降壓轉(zhuǎn)換器和 DC-DC 升壓轉(zhuǎn)換器。其他方法基于修改可編程直流電源，使直流電源的內(nèi)阻隨輸出電流呈指數(shù)變化。

太陽能模擬器的設(shè)計(jì)與工作

在過去的幾十年里，人們對(duì)太陽能光伏模擬器的各種方法進(jìn)行了廣泛的研究。這包括三十多年來與光伏電池、模塊和陣列仿真器相關(guān)的研究[4]。個(gè)光伏仿真器原型是基于模擬電路開發(fā)的。在接下來的幾年里，許多研究都圍繞著與電場(chǎng)相關(guān)的技術(shù)，但對(duì)太陽能光伏模擬器的預(yù)計(jì)研究也不斷發(fā)展。通常，太陽能光伏仿真器包括三個(gè)部分，即光伏模型、控制策略和功率級(jí)，如圖1所示。

圖 1. 太陽能光伏模擬器的組件 [4]

這些太陽能光伏模擬器根據(jù)其功率范圍和光伏模型表示進(jìn)行分類。同樣明顯的是，光伏電池及其建模是任何光伏仿真結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵方面。無論模型多么復(fù)雜，目標(biāo)都是從光伏模擬器中獲取所有操作條件下的數(shù)據(jù)，該模擬器本質(zhì)上非常接近地模擬真實(shí)太陽能電池的行為。

多年來，建模已從基本的 ISDM 模型發(fā)展到基于電阻和兩個(gè)或三個(gè)二極管的模型。一般來說，隨著模型復(fù)雜性的增加，需要更多的參數(shù)來模擬必要的系統(tǒng)行為，因此需要更長的計(jì)算時(shí)間和復(fù)雜的算法來生成所需的輸出。

同樣，我們也研究了幾種控制策略，從采用比例積分 (PI) 調(diào)節(jié)器和功率轉(zhuǎn)換器動(dòng)態(tài)特性來確定工作點(diǎn)的直接參考方法開始。盡管這種常用方法很簡(jiǎn)單，但外部因素的大小不正確會(huì)導(dǎo)致仿真器輸出出現(xiàn)顯著振蕩。為了克服這個(gè)問題，選擇了固定步長占空比方法。

此外，還探索了混合控制模式以增強(qiáng)太陽能光伏模擬器的動(dòng)態(tài)性能。這減少了振蕩并提高了性能，但會(huì)增加與控制算法相關(guān)的費(fèi)用和復(fù)雜性。其他方法包括電阻比較法、基于模擬的方法和基于曲線擬合的方法。另一方面，功率級(jí)可以與開關(guān)或線性組件連接。然而，一般來說，在選擇太陽能光伏仿真器設(shè)計(jì)時(shí)，總是需要在速度、效率、穩(wěn)健性和復(fù)雜性之間進(jìn)行折衷。