光伏组件参数计算.doc

1、等效电路当受到光照的太阳电池接上负载时， 光生电流流经负载， 并在负载两端产生端压， 这时可以使用一个等效电路来描述太阳电池的工作情况。图中把太阳电池看成稳定产生光电流I L的电流源（假设光源稳定），与之并联的有一个处于正偏压下的二极管及一个并联电阻qVRsh ，显然，二极管的正向电流I DI 0eAkT1和旁路电流I sh 都是靠I L提供的，剩余的光电流经过一个串联电阻Rs 流入负载 RL 。RsIIDCjILRshV jRLIsh图 2-2 p-n 结太阳电池等效电路由等效电路可得，当流入负载RL 的电流为 I ，负载端压为 V 时，q(V IRs )I (RsRL )II L I D

2、I sh I L I 0e AkT1（ 2-17）RshVIRL（ 2-18）当负载 RL 从 0 变化到无穷的时候，就可以根据上式画出太阳电池的负载特性曲线（伏安特性曲线）。曲线上的每一点称为工作点，工作点和原点的连线称为负载线，斜率为1 ，RL工作点的横坐标和纵坐标即为相应的工作电压和工作电流。若改变负载电阻RL 到达某一个特定值Rm，此时，在曲线上得到一个点M，对应的工作电流与工作电压之积最大（ PmI mVm ），我们就称这点M为该太阳电池的最大功率点，其中，I m 为最佳工作电流，Vm 为最佳工作电压，Rm 为最佳负载电阻，Pm 为最大输出功率。负载特性曲线如下图所示：IAI scM

3、I m1RmOVmVocV图 2-3 太阳电池负载特性曲线参数的测量及计算当负载 RL 连续变化时， 经过测量得到一系列I V 数据，由此可以作出如图2-3 所示的太阳电池的伏安特性曲线，同时计算出一些重要的参数。这些参数主要包括：开路电压 Voc ，短路电流 I sc ，最佳工作电压Vm ，最佳工作电流I m ，最大功率 Pm ，填充因子 FF ，串联电阻 Rs ，并联电阻 Rsh 和电池效率。1. 开路电压 Voc ，短路电流 I sc 的计算从图 2-3 上可知，测量得到的曲线与V 、 I 两轴的交点即开路电压Voc ，短路电流 I sc 。2. 最佳工作电压 Vm ，最佳工作电流 I

4、m ，最大功率 Pm 的计算一般情况下，直接求Pm 会有一些麻烦。所以，可以在计算机上按照步长，求得每一点的 PIV ，然后直接取其中的最大值就是Pm 了。这时，该点所对应的电压和电流也就是最佳工作电压 Vm ，最佳工作电流I m 。3. 填充因子 FF 的计算最大功率 （ Pm ）与开路电压短路电流之积 （ Voc I sc ）的比值就称为填充因子（FF ），在图 2-3 中所表示的就是四边形OI m MVm 与四边形 OI sc AVoc 面积之比。PmVm I mFFVoc I scVoc I sc填充因子是表征太阳电池性能的优劣的重要参数之一。4. 并联电阻 Rsh 与串联电阻 Rs

5、的近似解法由第二节等效电路可得，当流入负载RL 的电流为 I，负载端压为 V 时，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 ）考虑在 V0 时，（2-17）的渐进行为。对于硅太阳电池，一般情况下，满足q (V IRs )I DI 0 e AkT11I LI LRs1（ 2-19）Rsh1 A2根据（ 2-19），很容易得到，在V0 时，（ 2-17）可以写为I I LVIRsRshRs1V1I LRshRsh（ 2-20）I LVRshI scVRsh式（ 2-20）表明，在 V0 时，曲线具有

6、较好的线性关系。对（ 2-20）求微分，可以得到dI1，即dV V 0RshdI1dVRsh（ 2-21）dV V 0dIII sc因此，只要测量出在V0附近的 I V 曲线的斜率，就可以由（2-21）求出 Rsh 的值了。串联电阻的解法同并联电阻相类似，考虑VVoc 的情况下，（ 2-17）的渐进行为。在 VV 时，（ 2-17）可以近似写为ocI LI 0 q(VIRs )0（ 2-22）AkT化简（ 2-22），可得AkTVII L qI 0 RsRs（ 2-23）对（ 2-20）求微分，可以得到dI1 ，即RsdI1dV VVocRsdV（ 2-24）dVV VocdII0所以，测量出

7、在 VVoc 附近的 I V 曲线的斜率， 就可以由 （2-24）求出 Rs 的值了。5. 串联电阻 Rs 的数值解法上面的算法因为连续使用了两次近似，计算结果会有较大的系统误差。为了获得更精确的结果，可以采用数值解法。考虑太阳电池的双指数模型，负载电流为q (V IRs )q(V IRs )V IRLI I L I 01 e AkT1 I 02 e2 AkT（ 2-25）1Rsh6.太阳电池效率的计算在太阳电池受到光照时， 输出电功率和入射光功率之比就称为太阳电池的效率， 也称为光电转换效率。PmI mVmFFI scVocFFI scVoc（ 2-25）At PinAt PinAt PinhcAt0( ) d其中， At 为太阳电池总面积（包括栅线图形面积）。考虑到栅线并不产生光电，所以可以把 At 换成有效面积Aa （也称为