1、1光伏发电仿真技术研究摘要：目前基于光伏发电内容的教学存在知识偏难、理论过多等现状。在该太阳能电池板模拟仿真操作实训软件平台可将理论知识和仿真实验相结合，可以使学生对光伏发电系统中光电转化能力、太阳能电池伴随外界环境及自身性质的变化关系等知识内容有系统性、直观性的理解，便于提高学生的学习兴趣和创新能力，可达到较好的教学效果。 关键词：太阳能发电 仿真系统 实训软件 1 概述 目前太阳能电池板广泛应用于军事、航天、农业、通信、民用及公用设施、发电等，但我国基于太阳能电池板模拟仿真操作实训软件还处于空白状态，急需开展。其次，针对于授课形式，传统的理论授课不能充分发挥学生的主观能动性，实训课的设备条
2、件在技术上难以满足要求，而太阳能电池仿真软件的操作可以弥补上述授课形式的不足，模拟式的教学是高校当前最为有效的实践教学手段；另外，从节约成本考虑，光电产业发展迅速，设备更新频率极快，而职业院校的设备的频繁更新具有不可行性。综上所述，开发一款针对于太阳能电池板的操作软件是极其必要的。基于上述背景，对太阳能电池板进行模拟仿真操作，主要基于软件层面，面向职业院校学生，通过对太阳能电池板的操作，研究光电转化能力、太阳能电池伴随外界环境及自身性质的变化关系及外界环境（光、热等）对太阳能电池板的主要影响等。 22 建立模拟仿真实训平台 此实训平台服务于职业类院校光电领域太阳能电池的课堂教学，主要实现一个可
3、替代实际太阳能电池板实训项目的太阳能电池仿真模拟系统。其阶段内容主要有：太阳能电池系统运行原理流程、太阳能电池系统物理与数学模型编程、模拟及验证及可视化处理及数据库建立。 2.1 物理模型和数学模型的确定 影响太阳能发电系统输出效率的因素有很多，诸如硅片产品质量（电池的自身属性：如尺寸、材料、结构） 、太阳能电池组件制造工艺、天气因素、温度因素、地理位置因素等。将上述影响因素做归纳整合，并综合考虑到本课题软件所能达到的仿真环境，将此仿真系统简化分为外界环境、电池自身属性和输出存储设备三大块，本仿真系统采用了型号为 HT001.5P 的硅太阳能电池，建立的可直接使用的数据库参量主要有不同城市的纬
4、度值、不同颜色光的频率及其对应产生的光子数量。 根据所建立数据库做相应简化，再经物理模型的简化整理，并根据光学、光电子技术、热学和电学的基本知识，找到相应物理模型的运算公式，做出如下推导，在推导的过程中我们忽略了暗电流的影响，暗电流 Id 与反向漏电流及温度有关，但其计算出的结果对整体的功率影响很小，故在这里近似忽略不计。 So=Scos （2-1） 这样可以计算出太阳能电池板的有效面积 S0，其中，S 为电池板的面积， 为城市纬度。 Eo=hv （2-2） 3通过式子（2-2）可以算出单个光子的能量 E0，其中，h 为普朗克常量，v 为光频。 E=E0-0 （2-3） 由上式可以得到每种一种
5、光频下的光子总能量 E，其中，0 为硅的跃迁能。 P=P0 （2-4） 由以上各式推导得到最后的太阳能电池板的输出功率运算公式为： P=n（hv-）Scos （2-5） 其中，P 为太阳能电池的输出功率，n 为光子数量。由最终的式子说明，太阳能电池板的输出功率与光子频率、城市纬度、电池板类型及转换效率等参数有关。 2.2 模拟仿真平台的搭建 通过调研及分析上述数据资料及公式，可以清晰的看出，主要变化因素为各城市所处纬度 和光子频率 。通过改变这两个变量，可以对比得出不同城市及不同光子频率下硅太阳能电池的输出功率。硅电池的其他参量均当作常量使用，只需固定其中一个变量，就可以得到另一变量对于输出功
6、率的影响。下面将会通过 labview软件，重点围绕这两组对比实验来模拟仿真出功率的输出情况。如图 1所示，为模拟仿真前面板所需建立的电路图。 图 1 labview 环境下后台界面的建立 图 2 太阳能电池功率对比输出曲线（七种颜色） 4 图 3 太阳能电池功率对比输出曲线（典型城市） 通过在后置程序面板中搭建好电路，最终将会得到以上两组可视化仿真界面图。在仿真面板中先设置好基本参量值，横坐标为城市纬度，纵坐标为输出功率值。将各城市的纬度值固定，通过输入 7 种光的频率值，运行后会生出如图 2 所示的 7 组不同光频的功率输出。与图 2 的设置过程类似，设置好基本常量值，固定各色光的频率，通
7、过输入变量城市纬度值，则会生成如图 3 所示的 7 组对比功率输出值。 由以上两个光输出功率图，可以通过输入单个光频或某个城市下的纬度值，来看一组条件下光的输出功率；也可以输入多个光频或多个城市纬度值，来对比分析多组光频及城市纬度值对输出功率的影响。因此，学生在操作时无需动用后台程序，只需操作上述可视化界面即可，通过改变相应参量即可非常直观、立体的得出不同的太阳能电池功率输出情况。 3 结束语 为了提高职业类院校光电领域太阳能电池的课堂教学效果，利用可替代实际太阳能电池板实训项目的太阳能电池仿真模拟系统，实现实训项目中太阳能电池原理展示，太阳能电池性能测试等所有的项目。将此仿真系统可以反映出不同的季节、天气、纬度和时段条件下光伏发电效率等，学生可以根据自身的需求设计不同的模拟实验和模拟研究。构建以素质教育为重点的仿真教育平台，可提高学生的积极性和创造性，改变了以往光伏发电技术课程教学中存在的枯燥、繁杂问题，提高了教学5质量。 参考文献： 1耿亚新，周新生.太阳能光伏产业的理论及发展路径J.中国软科学，2010（04）. 2张爱平.LabVIEW 入门与虚拟仪器M.电子工业出版社，2004. 3任新兵.太阳能光伏发电工程技术M.化学工业出版社，2012. 作者简介：许毅（1980-） ，女，山东牟平人，讲师，主要研究方向：光电子、微电子。
