太阳能光伏电池的simulink建模与仿真

1.课题概述

        太阳能光伏电池的simulink建模与仿真.分析不同光照温度，光照强度下的光伏电池的U-I特性曲线以及P-V特性曲线。

 

2.系统仿真结果

 

 

3.核心程序与模型

版本：MATLAB2022a

 

 

 

clc;
clear;
close all;
warning off;

R   = 1;



load PV_p_T20.mat
P20 = ans.Data;
load PV_v_T20.mat
V20 = R*ans.Data;



load PV_p_T40.mat
P40 = ans.Data;
load PV_v_T40.mat
V40 = R*ans.Data;



load PV_p_T60.mat
P60 = ans.Data;
load PV_v_T60.mat
V60 = R*ans.Data;


figure;
plot(V20,P20,'-bs',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.0,0.0]);
hold on
plot(V40,P40,'-mo',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.5,0.9,0.0]);
hold on
plot(V60,P60,'-r>',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.9,0.0]);
hold on
legend('20℃','40℃','60℃');

xlabel('U (v)');
ylabel('P (w)');
grid on
axis([0,130,0,200]);





load VI_i_T20.mat
I20 = ans.Data;
load VI_v_T20.mat
V20 = ans.Data;


load VI_i_T40.mat
I40 = ans.Data;
load VI_v_T40.mat
V40 = ans.Data;



load VI_i_T60.mat
I60 = ans.Data;
load VI_v_T60.mat
V60 = ans.Data;


figure;
plot(V20,I20,'-bs',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.0,0.0]);
hold on
plot(V40,I40,'-mo',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.5,0.9,0.0]);
hold on
plot(V60,I60,'-r>',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.9,0.0]);
hold on
legend('20℃','40℃','60℃');

xlabel('U (v)');
ylabel('I (A)');
grid on
axis([0,130,0,4]);
02_053m

　　

 

4.系统原理简介

       太阳能光伏电池，也称为太阳能电池或光伏单元，是一种能够将太阳能直接转换为电能的半导体器件。其核心原理是光生电效应，即当光照射到半导体材料上时，光子与半导体中的原子相互作用，导致电子从价带跃迁到导带，形成光生电子-空穴对。这些光生载流子（电子和空穴）在半导体内部被分离并收集，从而产生电流。

 

4.1 光伏电池的基本结构

       光伏电池通常由N型半导体和P型半导体构成，形成PN结。在PN结附近，由于N型和P型半导体的费米能级不同，会形成内建电场。当光照射到PN结上时，产生的光生电子-空穴对在内建电场的作用下被分离，电子被推向N区，空穴被推向P区，从而在PN结两端形成电势差。

 

4.2 光伏电池的工作原理

光吸收：当太阳光照射到光伏电池表面时，光子穿过减反射膜和电池表面，进入半导体材料。光子能量必须大于半导体材料的禁带宽度（Eg），才能被吸收并产生光生电子-空穴对。

 

载流子产生与分离：吸收光子后，半导体中的电子从价带跃迁到导带，留下空穴。这些光生电子和空穴在内建电场的作用下被分离，电子移向N区，空穴移向P区。

 

载流子收集：分离后的电子和空穴分别被光伏电池两端的电极收集。电子通过外部电路流向负载，产生电流；空穴则通过P区与电极接触，流回电池内部与电子复合。

 

电流与电压输出：当光伏电池连接到负载上时，电流从N区流出，经过负载流回P区。同时，PN结两端形成的电势差提供输出电压。

 

       实际应用中，太阳能电池的制造涉及多个物理过程和技术优化，包括半导体材料的选择、PN结的设计、减反射层的使用、以及各种提高效率和稳定性的工艺技术等。