太陽光発電パネル

太陽光発電パネルモデル

太陽光発電パネル要素は、図1に示すように、モジュール容量C_PVが並列に接続された電圧制御電流源I_PVとしてモデル化されます。電流源I_PVは、PVパネル両端の電圧V_PVと、事前定義されたPVモデルのIV曲線の組み合わせによって制御されます。

電圧制御電流源I_PVは、標準的なPVセルの特性と等価なIV特性を持つ非線形抵抗器を表し、多くの場合、図2に示す等価回路でモデル化されます。標準的なPVセル等価回路モデルは、理想的な半導体pn接合、放射束をモデル化する電流源、そして内部の直列損失とシャント損失を捕捉する直列抵抗とシャント抵抗で構成されます。

PVセルのIV曲線は次のように表されます。

$私={私}_{ph}-{私}_D={私}_{ph}-{私}_0(\mathrm{経験}\left(\frac{e(V+私\bullet R_s)}{\mathrm{メートル}\bullet け\bullet T_c}\right)-1)$

ここで、 mは理想係数（通常は1～2の範囲で、 m =1が理想）、 kはボルツマン定数、 eは電子電荷、 Tcは接合温度です。PVモジュールは、直列または並列に接続された個々のPVセルのアレイで構成される、複合パラメータ化PVセルとしてモデル化されます。したがって、回路図エディタでは、モジュール全体、あるいは複数のモジュールを1つのPVパネル要素で表すことができます。

Typhoon HIL波形ジェネレータでIV曲線を生成する

入力した放射照度と温度のプレビュー曲線が表示されます。

IV曲線は、放射照度Gと温度Tの関数です。特に、パラメータI _sc(STC)とV _oc(STC)は、標準試験条件（ G _(STC) = 1000 W/m ² 、 T _(STC) = 25°C）で得られます。FFu、 FFi 、α、β、 Cv 、 Cr 、 Cgの各パラメータでパラメータ化されたPVパネルの電流Iと端子電圧Vの関係は、以下のように表されます。

$私={私}_{sc}-{私}_0(\mathrm{e}\mathrm{\times }\mathrm{p}(\frac{V}{V_{oc}{C}_{\mathrm{1つの}q}})-1)$

どこ：

I _scは短絡電流です。

${私}_{sc}={私}_{sc\left(STC\right)}\frac{G}{G_{\left(STC\right)}}(1+\alpha (T-T_{\left(STC\right)}\left)\right)$ ,

V _ocは開回路電圧です。

$V_{oc}=V_{oc\left(STC\right)}(1+\beta (T-T_{\left(STC\right)}\left)\right)(\mathrm{l}\mathrm{n}(\frac{G}{C_{\mathrm{グラム}}}+1)C_v-C_{r}G)$ ,

I ₀は逆ダイオード飽和電流です。

${私}_0={私}_{sc\left(STC\right)}{(1-{FF}_{私})}^{\frac{1}{1-{FF}_{\mathrm{あなた}}}}\frac{G}{G_{\left(STC\right)}}$ ,

C _{aq は}電圧と電流の充填率に依存するパラメータです。

$C_{\mathrm{1つの}q}=\frac{{FF}_{\mathrm{あなた}}-1}{\mathrm{l}\mathrm{n}(1-{FF}_{私})}$ .

例: JKM220P-60

このセクションでは、図 5に示す PV モジュールのデータシートから波形ジェネレータ ツールに必要なパラメータを読み取る例を示します。

次の手順では、特定のPVパネルの理想係数を決定する方法について説明します。理想係数はデータシートから直接読み取ることはできず、実験的に決定する必要があります。データシートから利用可能なすべてのパラメータを波形ジェネレータに入力した後、理想係数の初期値を選択する必要があります。結晶シリコンの場合の適切な初期推定値は約2ですが、アモルファスシリコンの場合は2未満です。最後に、波形ジェネレータのグラフに表示される最大電力を、データシートに記載されている最大電力と比較する必要があります。このプロセスは、PV曲線のプレビューとデータシートの最大電力が十分に一致するまで繰り返す必要があります。いくつかの理想係数のPV曲線を図6に示します。

PVコンポーネント内部の測定と入力

使用可能な内部測定値は次のとおりです。

• C1
  • PVパネルの両端の電圧[V]

信号処理ベースのPVモデルでは、オプションとして最大電力点（MPP）測定、照度、温度、短絡電流、開放電圧測定をコンポーネント内部のプローブを介して行うことができます。利用可能な出力は以下のとおりです。

• インプ
  • 最大電力点における電流 [A]
• ヴァンプ
  • 最大電力点における電流 [A]
• MPP
  • 最大電力点における電力 [W]
• 照明実際
  • PVパネルの照度。これは、ランプおよび/またはスケジューリングを使用して照度基準が遅延された場合の計算値に等しい[W/m2]
• 実際の温度
  • PVパネルの温度。これは、温度基準がランプおよび/またはスケジュールを使用して遅延された場合の計算値に等しい[°C]
• isc実際
  • PVパネルの短絡電流。短絡電流基準がランプおよび/またはスケジューリングを使用して遅延された場合の計算値に等しい[A]
• vocActual
  • PVパネルの開回路電圧。開回路電圧基準がランプおよび/またはスケジューリングを使用して遅延された場合の計算値に等しい[V]

信号処理ベースのPVモデルへの参照は、コンポーネント内部のSCADA入力を通じて提供されます。EN50530準拠のPVモデルタイプにのみ関連する利用可能な入力の概要を以下に示します。

• 照明
  • 照度基準値[W/m2]を設定するアナログ入力
• 温度
  • 温度基準[°C]を設定するアナログ入力
• FFu
  • FFu最大電力点を開回路電圧（技術依存）比に設定するアナログ入力
• FFi
  • FFi最大電力点を短絡電流（技術依存）比に設定するアナログ入力
• CG
  • Cg（技術依存）補正係数[W/m2]を設定するアナログ入力
• 履歴書
  • Cv（技術依存）補正係数を設定するアナログ入力
• Cr
  • Cr（技術依存）補正係数[m2/W]を設定するアナログ入力
• Vl2h
  • Vl2h電圧の低と高（技術依存）比率を設定するアナログ入力
• アルファ
  • α（技術依存）電流温度係数[%/°C]を設定するアナログ入力
• ベータ
  • β（技術依存）電圧温度係数[%/°C]を設定するアナログ入力
• 負電流
  • 入力値が高い場合に負の電流を有効にするデジタル入力。
• 照明初期
  • シミュレーション開始時に照明ランプやスケジュールを設定する際に初期値として使用される照明の値を設定するアナログ入力[W/m2]
• 温度初期
  • シミュレーション開始時に温度上昇やスケジュールを設定する際に初期値として使用される温度の値を設定するアナログ入力[°C]

正規化 IV PV モデル タイプにのみ関連する使用可能な入力は次のとおりです。

• 正規化されたデータI.値
  • 調整可能なプロパティvalueの値を指定して、正規化されたIV曲線のyデータセットを設定するアナログ入力。 valueプロパティの次元は500に設定されている。
• 正規化されたデータV値
  • 調整可能なプロパティvalueの値を指定して、正規化されたIV曲線のxデータセットを設定するアナログ入力。 valueプロパティの次元は500に設定されている。
• 正規化されたデータを有効にする
  • 入力値が高い場合に、 normalizedDataI.valueとnormalizedDataV.valueの値を適用して正規化IV曲線を生成するデジタル入力。これらの値を適用しない場合、例えば、異なるシミュレーション時間ステップで新しいxデータセットとyデータセットのペアを設定する場合など、その値は低く設定できます。

利用可能な共通入力は以下の通りです。EN50530準拠のPVモデルタイプでは、温度、照度、短絡電流、および開放電圧リファレンスにランピングおよび／またはスケジューリングを適用できます。正規化IV PVモデルタイプでは、短絡電流および開放電圧リファレンスにランピングおよび／またはスケジューリングを適用できます。

• iscSTC
  • EN50530準拠のPVモデルを用いてIV曲線が定義されている場合、標準動作条件における短絡電流を設定するアナログ入力。IV曲線が正規化IV PVモデルを用いて定義されている場合、アナログ入力はIV曲線のyデータセットnormalizedDataI.value [A]をスケーリングします。
• vocSTC
  • EN50530準拠のPVモデルを用いてIV曲線が定義されている場合、標準動作条件における開回路電圧を設定するアナログ入力。IV曲線が正規化IV PVモデルを用いて定義されている場合、アナログ入力はIV曲線のxデータセットnormalizedDataV.value [V]をスケーリングします。
• iscInitial
  • 短絡電流の値を設定するアナログ入力。シミュレーション開始時の短絡電流のランプおよび/またはスケジューリング時に初期値として使用されます [A]
• ボケイニシャル
  • シミュレーション開始時に開回路電圧の上昇やスケジューリングを行う際に初期値として使用される開回路電圧の値を設定するアナログ入力[V]
• pvモデルタイプ
  • IV曲線を生成するPVモデルの種類を選択するアナログ入力です。値が1の場合、EN50530準拠のPVモデルが適用されます。値が2の場合、正規化IV PVモデルが適用されます。この入力は、 「SPベースの実装を有効にする」と「正規化IV曲線を有効にする」の両方のオプションが有効になっている場合に使用できます。
• ランプタイム
  • ランプ期間の長さを設定するアナログ入力[秒]
• 実行時
  • 指定されたリファレンスが適用されるシミュレーション時間の値を設定するアナログ入力。最初のスケジュール時間に達する前に複数のシミュレーション時間をスケジュールすることはサポートされていません[s]
• ランプタイプ
  • 指定された参照の遷移の形状を決定するデジタル入力。入力値が小さい場合は線形遷移が適用され、入力値が大きい場合は指数遷移が適用されます。
• ダイナミクスを有効にする
  • 値が0の場合はランプおよび/またはスケジューリングを無効にし、値が1の場合は有効にするアナログ入力。アナログ入力のより高い値は予約されており、HIL API関数を使用してランプおよび/またはスケジューリングを設定するときに使用されます。

一般（タブ）

• CPV
  • PVダイオードの静電容量[F]

• 初期電圧
  • 部品の初期電圧[V]

信号処理（タブ）

「SPベースの実装を有効にする」オプションをオンにすると、PVパネルは信号処理ベースのPVモデルを使用してモデリングされます。この場合、IV曲線は「実行速度」プロパティで定義された信号処理コンポーネントの実行速度でシミュレートされます。一方、このオプションをオフにすると、IV曲線は回路ソルバー設定で定義された基本シミュレーションタイムステップでシミュレートされます。どちらの場合も、コンポーネントは専用のHIL API関数を介して制御できます。

• SPベースの実装を有効にする
  • EN50530準拠のPVモデルを使用したIV曲線の定義が可能

• MPP測定
  • SPベースの実装を有効にするがチェックされている場合に使用可能
  • 最大電力点（MPP）の監視を有効/無効にする

• 実行率
  • SPベースの実装を有効にするがチェックされている場合に使用可能
  • 希望する信号処理実行速度を入力してください。この値は、同じ回路内の他の信号処理コンポーネントと互換性がある必要があります。つまり、回路内で最も速い実行速度の倍数である必要があります。実行速度は最大4つまで指定できます。実行速度の指定には、小数（例：0.001）または指数値（例：1e-3）（秒単位）を使用できます。または、「inherit」と入力すると、入力を受け取るコンポーネントの実行速度に基づいて、コンポーネントに実行速度が割り当てられます。

• 正規化されたIV曲線を有効にする
  • SPベースの実装を有効にするがチェックされている場合に使用可能
  • EN50530互換PVモデルに加えて、正規化IV PVモデルを使用したIV曲線の定義を可能にします。

• 実行速度が遅い
  • SPベースの実装を有効にすると正規化されたIV曲線を有効にするがチェックされている場合に使用可能
  • 正規化IV曲線のデータポイントが更新される信号処理実行速度。この低速実行速度は、xデータセットとyデータセットを指定する入力（それぞれnormalizedDataV.valueとnormalizedDataI.value ）に適用されます。ただし、この実行速度は、指定されたデータセットをスケーリングする短絡電流iscSTCと開回路電圧vocSTCの入力には適用されません。これらの入力は、より高速な実行速度（実行速度）で更新されます。

• CPUコア
  • SP ベースの実装を有効にするオプションがマークされており、指定された HIL デバイスに選択可能な複数のユーザー CPU コアが含まれている場合に使用できます。
  • コンポーネントの信号処理部分を実行するユーザー CPU コアを指定します。
  • モデルが 1 つのユーザー CPU コア ( CPU コア 0 ) のみを含む HIL デバイス用にコンパイルされている場合、このプロパティの値は適用されず、内部信号処理部分はCPU コア 0にマップされます。

特典（タブ）

参考文献

[1] 系統接続型太陽光発電インバータの総合効率、CENELEC、St. EN 50530、2010