关于太阳能电池阵模拟器的设计

　　根据太阳能电池的数学模型，太阳能电池的输出I-U 曲线是在一个恒定电压下减去一个二极管的I-U 特性曲线，对此，可采用如图6所示的太阳电池输出I-U 曲线模拟电路进行模拟。

　　由图可见，输入包括开路电压和短路电流的给定，由这两个参数就能确定太阳能电池的工作状态。

　　太阳能电池的非线性特性主要由模拟器件来实现，不同的曲线对应着不同特性的二极管和其他电阻电容参数的选择。

　　开路电压和短路电流由外界环境条件所决定。

　　根据太阳能电池的工程模型，短路电流近似等于太阳能电池的光电流，主要由光照条件所决定，而开路电压则近似为电池温度的一个线性函数。因此，光照条件和电池温度就可以简单地通过这两个参数的设置得到反映。

　　可以看出，当反馈电压小于给定的Uoc 的参考值，放大器A1 输出为负，二极管由于反偏截止，A2的输出就只能由Isc 决定，整个电路输出电流就为短路电流。当反馈电压增大，能使A1 的输出为正，二极管正偏导通，A2 的输入则随二极管电流的增大而增大，输出则随之减小。由于二极管的电压电流是指数关系，利用这一关系进行设计，使电流的减小量作为输出电压的函数，并通过选择合适特性的二极管，就能很好地模拟太阳电池阵的I-U 曲线。

　　3.3 功率输出部分

　　采用图7所示的功率放大电路，对前面产生的输出特性进行放大，电路采用了电流负反馈的形式，通过简单的调节来跟踪模拟器的输出电流。电路设计上采用了P 沟道的MOSFET，设计成输入越大，输出电流越小的形式，这样整个电路的输出电流将随二极管压降的增大而减小。当所需的输出功率较大时，可以采用一组该电路进行并联，由于MOSFET的负温度系数特性，实现了输出时的自然均流。同时在负载上并联了电容Co，以模拟太阳能电池的节电容。为了保证每个MOSFET 支路不因短路而发生故障，需在每个MOSFET 支路上安装一定容量的保险丝，以确保整个模拟器的安全。太阳电池阵模拟器的每个主阵支路模块拥有支路输出、抽头点输出和功率地3 个对外功率接口端子。

　　4 实验结果

　　根据上述太阳能电池单体模型仿真电路，进行了I-U 特性曲线的Pspice 仿真及实际电路测试。在测试中，每组实验采样60 个点，然后拟合作出曲线图。图8 示出光照条件和温度条件变化时电池的I-U 特性曲线波形。

　　（1）光照条件变化时的电池I-U 特性参数设定：温度参考电压UT=- 5.11V；光照参考电压UE1=3.54V，UE2=2.06V，UE3=1.08V。不同UE 对应不同的光照条件。

　　由图8a 可见，UT 固定不变，随着UE在实验中，对两台逆变器的连线阻抗设置了一定差值，图5 示出两台逆变器并联，接入交流母线时输出电流io 的实验波形。实验结果显示，在逆变器进入并联系统时，瞬时均流性能较好，动态响应很快，并很快进入稳态，并联系统的环流非常小。两台逆变器在输出阻抗不均的条件下，仍能保持较好的均流特性，并联时逆变器的输出电压保持了很好的正弦度，在逆变器接入交流母线时，并联逆变器能迅速实现均流。

　　5 结论

　　现在，太阳能的利用还不是很普及，利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题，但是太阳能电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用。

　　本文所提出的控制器不仅具有良好的负载特性和输出特性，并且在并联中具有较强的参数适应性、良好的动态响应性能和均流性能。