關(guān)于太陽能電池陣模擬器的設(shè)計(jì)
據(jù)此,太陽能電池的I-V 方程可簡化為:
在最大功率點(diǎn)時,U=Um,I=Im,可得:
由于在常溫條件下exp[Um/(C2Uoc)])1,因此可忽略式中的“- 1”項(xiàng),解出:
注意到開路狀態(tài)下,當(dāng)I=0 時,U=Uoc,于是有:
可見,該模型只需輸入太陽電池通常的技術(shù)參數(shù)Isc,Uoc,Im,Um,即可求出C1 和C2。從Isc,Uoc,Im,Um的變化中可體現(xiàn)出光照強(qiáng)度和電池溫度的變化。工程應(yīng)用中可通過實(shí)測曲線來設(shè)置這4 個參數(shù),亦可通過近似的函數(shù)來描述這組參數(shù)的變化。通常可近似認(rèn)為Isc,Uoc 分別隨溫度和光照強(qiáng)度呈線性變化。
3.1 總體結(jié)構(gòu)
太陽陣模擬器本質(zhì)上是一個電源,其輸出端的I-U 特性曲線能夠模擬太陽電池的I-U 曲線特性。模擬器帶有與計(jì)算機(jī)接口,可根據(jù)計(jì)算機(jī)給定的太陽電池陣特征參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。
為了較真實(shí)地模擬實(shí)際電源系統(tǒng),并使仿真系統(tǒng)具備測試功能,太陽陣模擬器要以太陽能電池電路為基本單位,以多個模塊并聯(lián)的形式構(gòu)成。對于衛(wèi)星電源系統(tǒng),一般每個衛(wèi)星擁有兩個太陽翼,每個太陽翼有多個同種或不同種太陽能電池陣列并聯(lián)構(gòu)成,同時由于輸出調(diào)節(jié)的需要,每個支路模塊還分為上、下兩段。因此,模擬器的設(shè)計(jì)應(yīng)以每個分段為模塊,通過多個模塊的串并聯(lián)實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星電源陣的模擬。圖4示出太陽電池模擬器的系統(tǒng)框圖。
每個支路由兩個模擬器模塊組成,上段和下段之間接分流調(diào)節(jié)器,每個支路通過隔離二極管接到直流母線上。要求每個模塊的狀態(tài)可以單獨(dú)設(shè)置,以模擬電池陣光照不均勻的狀態(tài)以及某些支路出現(xiàn)故障的狀態(tài);同時還可以快速更新所有支路的工作條件,以便在環(huán)境變化時進(jìn)行快速模擬。
3.2 I-U 特性曲線生成模塊
圖5示出設(shè)計(jì)每個模塊的結(jié)構(gòu)。
考慮到實(shí)際工作環(huán)境可能比較惡劣,且溫度和日照條件均變化較快,因此采用模擬器件來實(shí)現(xiàn)曲線的生成電路,以加快響應(yīng)速度。通過高精度D/A將接收到的數(shù)字參數(shù)給定轉(zhuǎn)換為模擬值給定。
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