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
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
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
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
2.2 Wpływ temperatury na charakterystyki ogniwa Zdjąć charakterystyki prądowo-napięciowe I(vbias) jak również zależności P(vbias) dla różnych wartości temperatury ogniwa (od 20 o C do 50 o C). 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