摘要：從太陽能電池數(shù)學(xué)模型出發(fā)，利用MATLAB/Simulink工具箱建立了太陽能電池的仿真模型，對影響太陽能電池輸出性能因素(工作溫度、光照強度)進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果表明：太陽能電池輸出特性呈非線性，相同光照強度下，環(huán)境溫度升高，太陽能開路電壓降低，輸出最大功率值減小，其性能在逐漸減弱。相同環(huán)境溫度下，光照強度提高，開路電壓升高，輸出最大功率值增加，太陽能電池輸出性能提高。

　　關(guān)鍵詞：MATLAB/Simulink;太陽能電池;輸出性能;仿真

　　0引言

　　隨著世界人口總量的不斷攀升，各個國家為了解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會需求問題，不斷在積極尋找新型的能源以減少開采地球所蘊藏的煤、石油和天然氣等化石燃料。對于這些有限的化石能源來說，無限制地開采有朝一日必將導(dǎo)致它們的枯竭[1]。大量地使用化石燃料，對全球的環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)也會造成嚴(yán)重的破壞和污染。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在目前的新型能源利用方式中，通過太陽能發(fā)電已經(jīng)取得一定的突破發(fā)展，相比于風(fēng)能、潮汐能等新能源，太陽能不受地形環(huán)境的影響，是取之不竭，用之不盡的清潔能源，合理利用太陽能發(fā)電，不僅能減緩化石燃料的開采速度，也有助于環(huán)境的保護(hù)[2]。

　　因此，太陽能在今后能源體系中必將占有一席之地。太陽能電池在發(fā)電工作中，會將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽�其輸出性能不僅會受到光照強度的影響，而且也會受到工作溫度等其他因素的影響[3]。因此，利用Matlab/Simulink軟件建立太陽能電池仿真模型，研究太陽能電池的輸出性能，通過仿真得到其輸出特性曲線，并分析其在不同外界環(huán)境因素下能夠輸出的最大功率點，對今后太陽能電池的發(fā)展以及實現(xiàn)在最大功率點工作具有理論借鑒意義。

　　1太陽能電池的工作原理

　　太陽能電池是一種將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿那鍧嵞茉窗l(fā)電裝置[4]，以硅元素作為半導(dǎo)體材料的太陽能電池為例，其工作原理是利用半導(dǎo)體P-N結(jié)的光生伏特效應(yīng)。所謂光生伏特效應(yīng)就是當(dāng)光線照射到物體表面上時，物體內(nèi)部產(chǎn)生電子與空穴對，電子進(jìn)入半導(dǎo)體的N區(qū)，空穴對進(jìn)入半導(dǎo)體的P區(qū)，這樣就使N區(qū)聚集了大量的電子，P區(qū)聚集了過剩的空穴對，打破了物體內(nèi)原本的電荷分布狀態(tài)，使P區(qū)帶正電荷，N區(qū)帶負(fù)電荷，讓兩區(qū)之間產(chǎn)生了電動勢與電流，進(jìn)而實現(xiàn)光到電的能量轉(zhuǎn)換[5-6]。

　　太陽能電池的開路電壓隨工作溫度升高而降低的同時，輸出的最大功率值也在逐漸減少。光照強度溫度對太陽能電池輸出特性的影響設(shè)置工作溫度為25℃，設(shè)置光照強度分別為600W/m2、800W/m2、1000W/m2、1200W/m2，得到不同光照強度下的太陽能電池輸出特性曲線，不同光照強度下的電壓-電流曲線可以看出，不同光照強度下的短路電流Isc值隨著光照強度的提高而逐漸增加，同時太陽能電池的開路電壓值VOC也隨光照強度的提高逐漸增加。

　　不同光照強度下的P-V曲線可以得到，隨著光照強度的提高，太陽能電池的輸出最大的功率值不斷提高，相同開路電壓值下，隨著光照強度提升，輸出功率值就越高。太陽能電池是一個非線性輸出的清潔能源發(fā)電裝置，其輸出性能不僅受到材料特性、自身參數(shù)的影響，而且還與工作時的環(huán)境溫度、光照強度等外部因素有著密切關(guān)系。

　　工業(yè)論文投稿期刊：《山東工業(yè)技術(shù)》是工業(yè)論文投稿期刊，雜志1988年濟(jì)南市創(chuàng)刊，立足山東，從現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和信息的視角，關(guān)注工業(yè)領(lǐng)域的科技創(chuàng)新、新成果和新技術(shù)的應(yīng)用。雜志現(xiàn)以半月刊周期發(fā)行。

　　以工作溫度、光照強度作為太陽能電池輸出特性的影響因素，建立太陽能電池模型，仿真時將兩者的參數(shù)值按照梯度變化，得到不同工作溫度下、不同光照強度下的P-V與I-V輸出特性曲線，通過與太陽能電池制造商提供的參數(shù)進(jìn)行對比，驗證了本模型的適用性與合理性。可為后續(xù)太陽能電池理論與技術(shù)的研究提供依據(jù)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]張瀚月.光伏/燃料電池/蓄電池聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)研究[D].成都:西南交通大學(xué)，2014.

　　[2]吳成坤.太陽能光伏模塊電氣特性的數(shù)學(xué)建模與仿真[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015(6):86.

　　[3]邢廣成，陳芳.太陽能光伏電池建模及仿真研究[J].船電技術(shù)，2019，39(02):27-29.

　　[4]湯坤，嚴(yán)利民.基于物理特性的光伏電池建模仿真及驗證[J].工業(yè)控制計算機，2020，33(02):68-69

　　作者：袁文龍a，馬凡b