Laboratorium Przetwarzania energii elektrycznej w fotowoltaice

Politechnika Łódzka Wydział Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki
Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych ul. Wólczańska 221/223 bud. B18
Laboratorium
Przetwarzania energii elektrycznej w fotowoltaice
Ćwiczenie 1,2
Modelowanie ogniw fotowoltaicznych
przy użyciu oprogramowania PSpice
Opracowanie instrukcji:
Tomasz Torzewicz
na podstawie wer.1.1.0 od
Bolesław Fijałkowski
1/5
wer. 1.2 2012-10-01
Politechnika Łódzka Wydział Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki
Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych ul. Wólczańska 221/223 bud. B18
1. Model idealnego ogniwa fotowoltaicznego
Rys. 1 Model elektryczny idealnego pojedynczego ogniwa PV (po lewej) i
jego blok (po prawej) [1]
Symulacja wymaga znajomości składni netlisty PSpice gdyż zadania realizowane są za
pomocą netlist a nie interfejsu graficznego. Należy uruchomić środowisko PSpice Microsim 8.0.
W katalogu grupy należy utworzyć (używając notatnika) następujące pliki:
elementy.lib
cell_1.cir
cell_2.cir
1. Netlista biblioteki elementów – elementy.lib
*BIBLIOTEKA ELEMENTOW
*pojedyncze ogniwo idealne – reference output input
.subckt cell_1 300 301 302 params: area=1, j0=1, jsc=1
girrad 300 301 value={(jsc/1000)*v(302)*area}
d1 301 300 diode
.model diode d(is={j0*area})
.ends cell_1
*pojedyncze ogniwo rzeczywiste – reference output input
.subckt cell_2 300 303 302 params:area=1, j0=1, jsc=1, j02=1, RSH=1, RS=1
girrad 300 301 value={(jsc/1000)*v(302)*area}
d1 301 300 diode
.model diode d(is={j0*area})
d2 301 300 diode2
.model diode2 d(is={j02*area}, n=2)
Rsh 301 300 {RSH}
Rs 301 303 {RS}
.ends cell_2
2/5
wer. 1.2 2012-10-01
Politechnika Łódzka Wydział Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki
Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych ul. Wólczańska 221/223 bud. B18
Netlista – wyznaczanie charakterystyki pojedynczego ogniwa modelu pojedynczego ogniwa
cell_1.cir
*cell_1.cir
.include elementy.lib
xcell1 0 31 32 cell_1 params:area=126.6 j0=1e-11 jsc=0.0343
vbias 31 0 dc 0
virrad 32 0 dc 1000
.probe
.dc vbias -0.1 0.6 0.01
.plot dc i(vbias)
.end
Założenie: pojedyncze ogniwo posiada napięcia Usc=0,6V natomiast prąd Isc (ang. short
circuit) rzędu 4,34A.
Proszę wykonać analizę DC i wykreślić wykres zależności i(vbias) jak również zależność
P(vbias). W sprawozdaniu należy zamieścić oba wykresy z podpisaną wartością osi współrzędnych (proszę o ustawienie parametrów osi tak, aby oś zaczynała się od 0 dla osi X i Y).
Proszę określić dla jakich współrzędnych napięcia vbias moc P ma najwyższą wartość.
1.1 Wpływ nasłonecznienia na ogniwo fotowoltaiczne
Korzystając z pliku cell_1.cir należy zmodyfikować wartość netlisty, tak aby sparametryzować daną virrad określającą wartość nasłonecznienia (W/m 2). Proszę wykorzystać do
tego funkcję .param.
Przykład zastosowania funkcji .param:
.param Cx=1p
C1 VIN VOUT {Cx}
.STEP LIN PARAM Cx LIST 1p 10p
Proszę ustalić dane virrad w uzgodnieniu z prowadzącym zajęcia (wybrać jedną z opcji):
a) 100, 200, 400, 600, 800, 1000
b) 150, 300, 500, 700,900, 1000
c) 200, 300, 500, 650, 800, 1000
d) 100, 250, 450, 550, 600, 1000
Proszę wykonać analizę DC i wykreślić wykres zależności I(vbias) jak również zależność
P(vbias). Proszę wykonać tabelę z wartością napięcia Uoc i prądu Isc jak również podać
wartość maksymalnej mocy MPP (ang. maximum power point) przy danym nasłonecznieniu.
Wyznaczyć współczynnik wypełnienia FF (ang. Fill Factor) zgodnie z wzorami podanymi na
wykładzie. Proszę ocenić wpływ nasłonecznienia na charakterystykę prądowo-napięciową
ogniwa fotowoltaicznego i na punkt maksymalnej mocy MPP.
Ocenę i wyniki proszę zamieścić w sprawozdaniu.
3/5
wer. 1.2 2012-10-01
Politechnika Łódzka Wydział Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki
Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych ul. Wólczańska 221/223 bud. B18
2. Model rzeczywistego ogniwa fotowoltaicznego
Rys. 2 Model elektryczny (uproszczony) rzeczywistego ogniwa PV a) i jego
blok b)
Do symulacji wykorzystać plik cell_2.cir.
* cell_2.cir
.include elementy.lib
xcell2 0 31 32 cell_2 params:area=126.6 j0=1e-11 j02=1E-9
+jsc=0.0343 RSH=1000 RS={RX}
.param RX=1
vbias 31 0 dc 0
virrad 32 0 dc 1000
.plot dc i(vbias)
.dc vbias 0 0.6 0.01
.step param RX list 0.0001 0.001 0.01 0.1 1
.probe
.end
2.1 Wpływ rezystancji szeregowej i równoległej na charakterystyki
ogniwa
Używając pliku cell_2.cir proszę wykonać symulacje dla różnych wartości rezystancji
szeregowej Rs. Zdjąć charakterystyki prądowo-napięciowe I(vbias) jak również zależności
P(vbias). Określić jakie znaczenie ma rezystancja szeregowa na charakterystyki jak również
ocenić jej wpływ na współczynnik wypełnienia FF. Powtórzyć zadanie dla różnych wartości
rezystancji równoległej Rsh od 0.0001 do 50000 (przyjmując wartość rezystancji szeregowej
Rs=0,02). Wyniki i wnioski zamieścić w sprawozdaniu.
4/5
wer. 1.2 2012-10-01
Politechnika Łódzka Wydział Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki
Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych ul. Wólczańska 221/223 bud. B18
2.2 Wpływ temperatury na charakterystyki ogniwa
Zdjąć charakterystyki prądowo-napięciowe I(vbias) jak również zależności P(vbias) dla
różnych wartości temperatury ogniwa (od 20oC do 50oC).
Należy dokonać modyfikacji pliku cell_2.cir, tak aby była rezystancja równoległa miała
wartość 1000 natomiast rezystancja szeregowa 0.0001. Wykonać symulację stosując funkcję
.temp.
Zamieścić wykresy i wyniki w sprawozdaniu. Ocenić jaki wpływ ma temperatura
ogniwa na jego charakterystyki. Ocenić wpływ temperatury na prąd zwarciowy Isc, napięcie
rozwarcia Usc, na punkt maksymalnej mocy MPP. Wyniki zebrać w tabeli. Określić jakie są
najlepsze warunki pracy ogniwa.
5/5
wer. 1.2 2012-10-01