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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:曾文欽
研究生(外文):Wen-Chin Tseng
論文名稱:二極體障壁電壓等效模型於模擬太陽能電池模組隨機遮蔽之應用
論文名稱(外文):Application of the Barrier Voltage Diode Model to Simulating Random Shading of Photovoltaic Modules
指導教授:王耀諄王耀諄引用關係
指導教授(外文):Yaw-Juen Wang
口試委員:王耀諄王醴張英彬曾萬存
口試委員(外文):Yaw-Juen WangLi WangYing-Bin ChangWan-Tsun Tseng,
口試日期:2014-07-10
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:電機工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:72
中文關鍵詞:太陽能模組障壁電壓部分遮蔽連接方式機率模型
外文關鍵詞:PV modulesbarrier voltagepartial shadingconnection configurationsEMTPprobabilistic modeling
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太陽能發電系統會受不同形式的遮蔽,而影響太陽能模組之輸出功率。本論文根據蕭克萊二極體模型的溫度特性來建立障壁電壓等效模型,此等效模型可有效模擬太陽能電池受到遮蔽時,日射量與電池溫度的即時變化。文中也使用了實際量得之單日日射量以及溫度條件,將之代入所建立之障壁電壓等效電路進行模擬,並將輸出功率與換流器所量得之功率比較,觀察其差異性。
本文先以單模組,再以雙模組串聯,之後將旁路二極體加入電路進行隨機日射量模擬,紀錄其最大功率輸出之機率分佈,將模擬結果與Mathcad數學模型之結果比較。對三模組串聯以及三模組串聯加上旁路二極體使用EMTP軟體作隨機日射量模擬,來觀察其最大功率輸出之機率分佈情形。並使用隨機遮蔽的方式來模擬太陽能電池模組及陣列受遮蔽的隨機特性,以六種不同連接方式之陣列:簡單串聯、並聯連接、先串後並、先並後串、橋式連接、以及蜂巢式連接,觀察其最大功率輸出之機率分佈。並比較當陣列受到隨機遮蔽時的效能及優缺點。

Partial shading often happens to a photovoltaic (PV) power generation system and may greatly reduce its energy conversion efficiency. In this thesis, we build up the Barrier Voltage Equivalent Model (BVEM) according to the temperature characteristics of the Shockley diode model. In this thesis, the BVEM can simulate the instant variation of the solar irradiance and temperature of a PV module when the module is partially shaded. The measured solar irradiance and temperature data are used as the inputs of the BVEM for simulation and the results are compared with the measured power output data from the inverter to see the difference.
The BVEM is tested for probabilistic simulation first for a single module, and then for two modules in series, without and with bypass diodes. Then we record the probability distribution of the maximum power output, and compare it with the result of simulation using Mathcad. Also, we use EMTP software to simulate three BVEM modules in series with and without bypass diodes with random solar irradiance. PV arrays of six connection configurations, including simple-series, parallel-linked, series-parallel, total-cross-tied, bridged-linked, and honeycomb, have been compared when exposed to random shading. The probability distribution of the array maximum power output have been observed.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 viii
符號說明 xii
第一章、 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 本論文貢獻 3
1.4 論文大綱 4
第二章、 太陽能電池之解析模型與模擬方法 5
2.1 前言 5
2.2 太陽能電池等效電路之解析模型 5
2.2.1 太陽能電池等效電路模型 5
2.2.2 太陽能電池模組模型 7
2.2.3 太陽能電池陣列模型 8
2.2.4 未受遮蔽模組與部份遮蔽的模組串聯模型 9
2.3 太陽能電池之EMTP模型 11
2.4 數值實例分析 17
2.4.1 日射量影響 18
2.4.2 溫度影響 19
2.4.3 負載變化之響應 20
2.4.4 數值比較 21
2.5 本章結論 21
第三章、 障壁電壓等效模型於不同操作條件下與解析模型之比較 22
3.1 前言 22
3.2 障壁電壓等效模型於溫度及日射量隨時間變化之模擬 23
3.2.1 日射量及負載固定,溫度隨時間變化 23
3.2.2 溫度及負載固定,日射量隨時間變化 25
3.2.3 溫度隨日射量變化 27
3.2.4 日射量與溫度固定,負載隨時間變化 33
3.3 單一模組部分遮蔽之情形 31
3.4 兩模組其中之一受部分遮蔽,且有旁路二極體 33
3.5 單日日射量模擬 35
3.6 本章結論 37
第四章、 障壁電壓等效模型於隨機遮蔽下之應用 38
4.1 前言 38
4.2 障壁電壓等效模型於隨機日射量最大功率輸出分佈情形 39
4.2.1 單模組隨機日射量最大功率輸出機率分佈情形 39
4.2.2 雙模組串聯隨機日射量最大功率輸出機率分佈情形 40
4.2.3 雙模組串聯加上旁路二極體隨機日射量最大功率輸出機率分佈情形 41
4.2.4 三模組串聯隨機日射量最大功率輸出機率分佈情形 43
4.2.5 三模組串聯加上旁路二極體隨機日射量最大功率輸出機率分佈情形 44
4.3 障壁電壓等效模型在不同陣列連接方式下受部分遮蔽對輸出之情形 45
4.3.1 簡單串聯組態 (Simple-series, SS) 46
4.3.2 並聯連接組態 (Parallel-linked, PL) 47
4.3.3 先串後並組態 (Series-parallel, SP) 48
4.3.4 先並後串組態 (Total-cross-tied, TCT) 49
4.3.5 橋式連接組態 (Bridge-linked, BL) 50
4.3.6 蜂巢式連接組態 (Honeycomb connect, HC) 51
4.3.7 六種連接組態隨機機率分析 52
4.4 本章結論 53
第五章、 結論與未來研究方向 54
參考文獻 56
作者簡歷 57

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[18]Y. J. Wang, and P. C. Hsu, 2011, “Modelling of solar cells and modules using piecewise linear parallel branches,” IET Renewable Power Generation, May, vol. 5, no. 3, pp. 215–222.

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[23]王耀諄、邱國偉,2002,“太陽能電池模組「部份遮蔽」對最大功率追蹤器性能之影響”,台電工程月刊,第647期,頁80-88,7月。

[24]林書玄,2012,太陽能電池陣列部分遮蔽之機率模式分析,國立雲林科技大學電機工程系碩士班,碩士論文。

[25]黃明政,2013,太陽能模組與陣列受隨機遮蔽之分析與模擬,國立雲林科技大學電機工程系碩士班,碩士論文。

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[27]許博淳、林書玄,2012,“太陽能電池串聯型分段線性等效電路之開發與驗證”,101年節約能源論文發表會論文專輯,4月,高雄,頁1-16。

[28]洪凱威,2003,“實測法與EMTP模型與太陽光伏電池部份遮蔽故障分析之應用”,能源季刊,第33卷,第4期,頁125-140。

[29]劉京鷹,2008,太陽能電池陣列等效電路參數之計算,國立雲林科技大學電機工程系碩士班,碩士論文。

[30]陳文慶,2010,PLPB模型與機率模型於太陽能陣列電路分析之研究,國立雲林科技大學電機工程系碩士班,碩士論文。

[31]徐義人,1999,工程機率統計學,修訂版,華泰文化事業股份有限公司,台北。

[32]吳燦明,2005,機率與統計,初版,高力圖書有限公司,台北。

[33]王耀諄,2009,電力品質,第二版,高立圖書有限公司,台北。

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