METODY SIMULACE IU A PU CHARAKTERISTIK FOTOVOLTAICKHO PANELU

METODY SIMULACE I-U A P-U CHARAKTERISTIK FOTOVOLTAICKÉHO PANELU P. Křivík UETE, FEKT VUT v Brně, Údolní 53, 602 00 Brno

Úvod Simulace I-U a P-U charakteristik fotovoltaických panelů pomocí simulačního programu: Možno nasimulovat i podmínky na reálných panelech nesnadno dosažitelné (velmi vysoká nebo velmi nízká teplota nebo osvětlení fotovoltaického panelu).

Úvod Simulace I-U a P-U charakteristik fotovoltaických panelů pomocí simulačního programu: Lze i simulovat různé velikosti zastínění různých částí fotovoltaických panelů a testovat vhodnost použití různého množství ochranných bypassových diod.

Teoretický rozbor Náhradní obvod (rozšířený dvoudiodový model popisuje fotovoltaický článek přesněji než jednodiodový model) pro ozářené fotovoltaické články se skládá ze 2 diod a proudového zdroje který je připojen paralelně. P-N přechod fotovoltaického článku je ekvivalentní diodě (v propustném směru). Proudový zdroj generuje fotoproud Iph, který je přímo úměrný intenzitě dopadajícího záření.

Teoretický rozbor Proudovo-napěťové charakteristiky PN přechodu fotovoltaického článku jsou dále ovlivněny sériovým Rs a paralelním Rp odporem. Původ sériového parazitního odporu je v celkovém odporu hmoty polovodiče, odporu kontaktů a propojení. Paralelní parazitní odpor je způsoben defekty krystalické mřížky nebo svodovým proudem kolem okrajů článku.

Teoretický rozbor Matematické vyjádření tohoto modelu je: kde m je diodový faktor, Is saturační proud a Ut tepelné napětí.

Teoretický rozbor Tato rovnice se dá řešit pomocí Newtonovy iterační metody. 1. Spočteme proud I 1 pro počáteční 0 A. 2. Výsledný proud I 1 znovu dosadíme do rovnice a spočteme proud I 2. 3. Iterace se provádí do té doby než je rozdíl mezi dvěma iteračními kroky menší než předdefinovaný limit �(např. 1 m. A).

Teoretický rozbor Fotovoltaický modul generuje maximální výkon při určitém napětí. Tento bod - maximální výkon Pmpp (MPP).

Teoretický rozbor Dalším parametrem je faktor plnění FF (Fill factor):

Teoretický rozbor Velikost PMPP, intenzita ozáření E a oblast fotovoltaického článku A nám popisují účinnost fotovoltaického článku η:

Teoretický rozbor Tepelné napětí závisí na teplotě podle vztahu: Saturační proudy IS 1 a IS 2 a šířka zakázaného pásu EG jsou také závislé na teplotě: Teplota má rozhodující vliv na fotoelektrický proud Iph. Při užití koeficientů C 1 a C 2, pak teplotní závislost na fotoelektrickém proudu je dána vztahem:

Experiment 1. Newtonova iterační metoda Simulační program - vyvinut v Agilent VEE Pro 8. 0. Maximální počet iterací byl stanoven na 50. Pro extrémní vstupní parametry (jako např. vysoký sériový odpor) tato metoda selhává. S rostoucím napětím vypočtený proud přestává konvergovat a nedaří se zjistit odpovídající hodnotu proudu.

Experiment 2. Intervalová metoda Interval proudu od 0 do IPh se rozdělí a do rovnice se postupně dosazují jednotlivé proudy. Iterace rovnice neprobíhá, je hledán nejmenší rozdíl mezi vstupní dosazenou a výstupní vypočtenou hodnotou proudu. Oblast okolo tohoto proudu je pak dále prozkoumávána.

Závěr Intervalová metoda se ukázala vhodnější pro simulace I-U a P-U charakteristik, umožňuje simulace charakteristik i pro extrémní vstupní parametry (jako např. vysoký sériový odpor). Při těchto parametrech se naopak interpolační metoda neosvědčila. Simulace I-U a P-U charakteristik fotovoltaických panelů pomocí simulačního programu lze s výhodou užít při práci s reálnými fotovoltaickými panely. Je zde možno nasimulovat i podmínky na reálných panelech nesnadno dosažitelné, jako je např. velmi vysoká nebo velmi nízká teplota nebo osvětlení fotovoltaického panelu. Tato práce byla sponzorována VZ č. MSM 0021630516.