太陽光模擬器是測試和分析光伏系統(tǒng)在不同條件下性能的關(guān)鍵工具，研究發(fā)現(xiàn)基于SEPIC轉(zhuǎn)換器的太陽光模擬器是開發(fā)和測試光伏系統(tǒng)的有效工具，平均功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)97.3%，能夠準(zhǔn)確模擬組件在各種條件下的行為，從而提高可靠性和效率。Luminbox太陽光模擬器致力于為科研與工業(yè)測試提供高精度、穩(wěn)定可靠的光源解決方案。我們正不斷精進(jìn)技術(shù)，學(xué)習(xí)行業(yè)最新知識，做到能夠精準(zhǔn)模擬自然太陽光譜，確保實驗環(huán)境與真實太陽光照條件高度一致。

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簡介

研究人員發(fā)現(xiàn)SEPIC太陽光模擬器能夠精確復(fù)制實際光伏組件的I-V特性，所提出的模型集成了一個電力電子階段和改進(jìn)的擾動觀察（P&O）最大功率點跟蹤（MPPT）算法。與傳統(tǒng)方法相比，該算法通過更少的代碼簡化了跟蹤過程并具有高功率轉(zhuǎn)換效率。

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光伏電池的單二極管模型

光伏電池是通過光伏效應(yīng)將太陽光轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體器件，通常由硅或其他半導(dǎo)體材料制成，由于其簡單性、準(zhǔn)確性以及易于實現(xiàn)，單二極管模型是描述光伏電池行為最常用的等效電路模型，如圖1所示。在該模型中，電路由一個與電流源并聯(lián)的二極管、一個串聯(lián)電阻和一個并聯(lián)電阻組成。

圖

1.光伏電池的單二極管模型

方程（

1）和（2）分別表示光伏電池的光電流和輸出電流。

方程（1）表明，光伏電池產(chǎn)生的光電流是與它吸收的太陽輻射量成正比。陽光激發(fā)光伏電池半導(dǎo)體中的電子，形成電子-空穴對，從而產(chǎn)生光電流。光照強(qiáng)度越高，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的電子-空穴對就越多。

方程（2）簡化了光伏電池中的電流平衡，根據(jù)光電流的產(chǎn)生、二極管特性以及寄生效應(yīng)來計算總輸出電流。光伏電池可以通過不同的連接方式，如串聯(lián)或并聯(lián)，來實現(xiàn)特定的輸出特性。

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基于SEPIC轉(zhuǎn)換器的太陽光模擬器建模

圖2展示了研究人員所開發(fā)的基于Matlab/Simulink的太陽光模擬器模型用于仿真。輻照度與溫度階段生成太陽輻射和環(huán)境溫度值，以觀察太陽光模擬器的性能表現(xiàn)。在溫度恒定、輻照度水平快速變化的場景下，每0.2秒獲取一次太陽光模擬器的性能數(shù)據(jù)，并將其與實際的光伏組件——京瓷KC-60組件進(jìn)行比較。電流-電壓（I-V）跟蹤器階段給出了京瓷KC-60的數(shù)學(xué)模型，該模型用于創(chuàng)建一個圖形化界面，顯示光伏組件的性能表現(xiàn)，使用戶能夠在圖形上即時查看電流和電壓值。

圖

2.基于SEPIC的太陽光模擬器電路模型

SEPIC轉(zhuǎn)換器能夠調(diào)節(jié)輸出電壓，無論輸入電壓高于、低于還是等于所需的輸出電壓。在光伏應(yīng)用中，SEPIC轉(zhuǎn)換器能夠提供穩(wěn)定的電流、較高的電壓增益，并且適用于各種場景，因為它們既可以作為降壓轉(zhuǎn)換器也可以作為升壓轉(zhuǎn)換器工作，且不會在輸入和輸出之間反轉(zhuǎn)信號。

與其它類型的降壓轉(zhuǎn)換器相比，該電路所需的濾波電感和電容更小，SEPIC轉(zhuǎn)換器的電路圖如圖3所示。該電路通過電感和電容在輸入和輸出階段之間持續(xù)傳輸能量來工作。SEPIC轉(zhuǎn)換器中電感（L）和電容（C）的值被確定為能夠產(chǎn)生所需的電感紋波電流和輸出電壓紋波。

圖3.SEPIC轉(zhuǎn)換器電路圖

由于計算過程簡單且精度高，P&O是太陽能應(yīng)用中廣泛采用的最大功率點跟蹤（MPPT）技術(shù)，用于最大化光伏組件的功率輸出，與傳統(tǒng)的P&O MPPT相比，改進(jìn)的P&O算法具有諸多優(yōu)勢，例如計算更簡便、代碼復(fù)雜度更低、處理要求更少以及跟蹤精度更高。

圖4.改進(jìn)型 P&O 最大功率點跟蹤算法流程圖

圖4展示了改進(jìn)的P&OMPPT算法的流程圖。改進(jìn)后的P&O算法相較于傳統(tǒng)P&O算法這些優(yōu)勢使得改進(jìn)后的P&O最大功率點跟蹤算法成為一種更高效且實用的選擇。

由此可見，本研究提出的電路模型在不同環(huán)境條件下，是光伏系統(tǒng)開發(fā)與測試的高效工具。它能夠為光伏技術(shù)的研發(fā)提供可靠的測試平臺，助力研究人員在可控環(huán)境中評估光伏系統(tǒng)在不同條件下的性能，對推動光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。Luminbox太陽光模擬器作為專業(yè)的光學(xué)設(shè)備制造商，將時刻關(guān)注行業(yè)系統(tǒng)開發(fā)的最新工具，致力于為光伏材料研究、光催化實驗、環(huán)境老化測試等領(lǐng)域提供值得信賴的光源保障。

原文出處:《Modeling and simulation of SEPIC converter based solar simulator circuit for accurate testing and analysis under varying solar radiation conditions》

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