光伏组件参数计算.doc

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，显然，二极管的正向电流和旁路电流都是靠提供的，剩余的光电流经过一个串联电阻流入负载。
IL
ID
Cj
Rsh
Ish
Vj
Rs
RL
I
图2-2 p-n结太阳电池等效电路图
由等效电路可得，当流入负载的电流为，负载端压为时，
（2-17）
（2-18）
当负载从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，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。若改变负载电阻到达某一个特定值，此时，在曲线上得到一个点，对应的工作电流与工作电压之积最大（），我们就称这点为该太阳电池的最大功率点，其中，为最佳工作电流，为最佳工作电压，为最佳负载电阻，为最大输出功率。
负载特性曲线如下图所示：
O
Vm
Voc
Im
Isc
V
I
A
M

图2-3 太阳电池负载特性曲线
参数的测量及计算
当负载连续变化时，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，短路电流，最佳工作电压，最佳工作电流，最大功率，填充因子，串联电阻，并联电阻和电池效率。
1. 开路电压，短路电流的计算
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，短路电流。

2. 最佳工作电压，最佳工作电流，最大功率的计算
一般情况下，直接求会有一些麻烦。所以，可以在计算机上按照步长，求得每一点的，然后直接取其中的最大值就是了。这时，该点所对应的电压和电流也就是最佳工作电压，最佳工作电流。

3. 填充因子的计算
最大功率（）与开路电压短路电流之积（）的比值就称为填充因子（），在图2-3中所表示的就是四边形与四边形面积之比。

填充因子是表征太阳电池性能的优劣的重要参数之一。

4. 并联电阻与串联电阻的近似解法
由第二节等效电路可得，当流入负载的电流为，负载端压为时，
（2-17）
（2-18）
考虑在时，（2-17）的渐进行为。
对于硅太阳电池，一般情况下，满足
（2-19）
根据（2-19），很容易得到，在时，（2-17）可以写为
（2-20）
式（2-20）表明，在时，曲线具有较好的线性关系。
对（2-20）求微分，可以得到，即
（2-21）
因此，只要测量出在附近的曲线的斜率，就可以由（2-21）求出的值了。
串联电阻的解法同并联电阻相类似，考虑的情况下，（2-17）的渐进行为。
在时，（2-17）可以近似写为
（2-22）
化简（2-22），可得
（2-23）
对（2-20）求微分，可以得到，即
（2-24）
所以，测量出在附近的曲线的斜率，就可以由（2-24）求出的值了。

5. 串联电阻的数值解法
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
（2-25）

6. 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。
（2-25）
其中， 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，所以可以把换成有效面积（也称为活性面积），即扣除了栅线图形面积后的面积，同时计算得到的转换效率要高一些。，为单位面积的入射光功率。实际测量时，取标准光强：AM 1.5条件，即在25℃下，。