光伏組件參數(shù)計算.doc

1、等效電路當受到光照的太陽電池接上負載時， 光生電流流經(jīng)負載， 并在負載兩端產(chǎn)生端壓， 這時可以使用一個等效電路來描述太陽電池的工作情況。圖中把太陽電池看成穩(wěn)定產(chǎn)生光電流I L的電流源（假設光源穩(wěn)定），與之并聯(lián)的有一個處于正偏壓下的二極管及一個并聯(lián)電阻qVRsh ，顯然，二極管的正向電流I DI 0eAkT1和旁路電流I sh 都是靠I L提供的，剩余的光電流經(jīng)過一個串聯(lián)電阻Rs 流入負載 RL 。RsIIDCjILRshV jRLIsh圖 2-2 p-n 結(jié)太陽電池等效電路由等效電路可得，當流入負載RL 的電流為 I ，負載端壓為 V 時，q(V IRs )I (RsRL )II L I D

2、I sh I L I 0e AkT1（ 2-17）RshVIRL（ 2-18）當負載 RL 從 0 變化到無窮的時候，就可以根據(jù)上式畫出太陽電池的負載特性曲線（伏安特性曲線）。曲線上的每一點稱為工作點，工作點和原點的連線稱為負載線，斜率為1 ，RL工作點的橫坐標和縱坐標即為相應的工作電壓和工作電流。若改變負載電阻RL 到達某一個特定值Rm，此時，在曲線上得到一個點M，對應的工作電流與工作電壓之積最大（ PmI mVm ），我們就稱這點M為該太陽電池的最大功率點，其中，I m 為最佳工作電流，Vm 為最佳工作電壓，Rm 為最佳負載電阻，Pm 為最大輸出功率。負載特性曲線如下圖所示：IAI scM

3、I m1RmOVmVocV圖 2-3 太陽電池負載特性曲線參數(shù)的測量及計算當負載 RL 連續(xù)變化時， 經(jīng)過測量得到一系列I V 數(shù)據(jù)，由此可以作出如圖2-3 所示的太陽電池的伏安特性曲線，同時計算出一些重要的參數(shù)。這些參數(shù)主要包括：開路電壓 Voc ，短路電流 I sc ，最佳工作電壓Vm ，最佳工作電流I m ，最大功率 Pm ，填充因子 FF ，串聯(lián)電阻 Rs ，并聯(lián)電阻 Rsh 和電池效率。1. 開路電壓 Voc ，短路電流 I sc 的計算從圖 2-3 上可知，測量得到的曲線與V 、 I 兩軸的交點即開路電壓Voc ，短路電流 I sc 。2. 最佳工作電壓 Vm ，最佳工作電流 I

4、m ，最大功率 Pm 的計算一般情況下，直接求Pm 會有一些麻煩。所以，可以在計算機上按照步長，求得每一點的 PIV ，然后直接取其中的最大值就是Pm 了。這時，該點所對應的電壓和電流也就是最佳工作電壓 Vm ，最佳工作電流I m 。3. 填充因子 FF 的計算最大功率 （ Pm ）與開路電壓短路電流之積 （ Voc I sc ）的比值就稱為填充因子（FF ），在圖 2-3 中所表示的就是四邊形OI m MVm 與四邊形 OI sc AVoc 面積之比。PmVm I mFFVoc I scVoc I sc填充因子是表征太陽電池性能的優(yōu)劣的重要參數(shù)之一。4. 并聯(lián)電阻 Rsh 與串聯(lián)電阻 Rs

5、的近似解法由第二節(jié)等效電路可得，當流入負載RL 的電流為 I，負載端壓為 V 時，q(V IRs )I ( RsRL )I I L I D I sh I L I 0 e AkT1（ 2-17）RshV IR L（ 2-18 ）考慮在 V0 時，（2-17）的漸進行為。對于硅太陽電池，一般情況下，滿足q (V IRs )I DI 0 e AkT11I LI LRs1（ 2-19）Rsh1 A2根據(jù)（ 2-19），很容易得到，在V0 時，（ 2-17）可以寫為I I LVIRsRshRs1V1I LRshRsh（ 2-20）I LVRshI scVRsh式（ 2-20）表明，在 V0 時，曲線具有

6、較好的線性關系。對（ 2-20）求微分，可以得到dI1，即dV V 0RshdI1dVRsh（ 2-21）dV V 0dIII sc因此，只要測量出在V0附近的 I V 曲線的斜率，就可以由（2-21）求出 Rsh 的值了。串聯(lián)電阻的解法同并聯(lián)電阻相類似，考慮VVoc 的情況下，（ 2-17）的漸進行為。在 VV 時，（ 2-17）可以近似寫為ocI LI 0 q(VIRs )0（ 2-22）AkT化簡（ 2-22），可得AkTVII L qI 0 RsRs（ 2-23）對（ 2-20）求微分，可以得到dI1 ，即RsdI1dV VVocRsdV（ 2-24）dVV VocdII0所以，測量出

7、在 VVoc 附近的 I V 曲線的斜率， 就可以由 （2-24）求出 Rs 的值了。5. 串聯(lián)電阻 Rs 的數(shù)值解法上面的算法因為連續(xù)使用了兩次近似，計算結(jié)果會有較大的系統(tǒng)誤差。為了獲得更精確的結(jié)果，可以采用數(shù)值解法?？紤]太陽電池的雙指數(shù)模型，負載電流為q (V IRs )q(V IRs )V IRLI I L I 01 e AkT1 I 02 e2 AkT（ 2-25）1Rsh6.太陽電池效率的計算在太陽電池受到光照時， 輸出電功率和入射光功率之比就稱為太陽電池的效率， 也稱為光電轉(zhuǎn)換效率。PmI mVmFFI scVocFFI scVoc（ 2-25）At PinAt PinAt PinhcAt0( ) d其中， At 為太陽電池總面積（包括柵線圖形面積）?？紤]到柵線并不產(chǎn)生光電，所以可以把 At 換成有效面積Aa （也稱為