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太阳能电池的电流一电压特性

★★★★★【文章导读】:太阳能电池的电流一电压特性具体内容是:太阳能电池的电路及等效电路如下图所示。其中,r1为电池的外负载电阻。当rl=o时,所测的电流为电池的短路电流。所谓短路电流isc,就是将太阳能电池置于标准光源的照射下,在输出端短路时,流过太阳能电池两端的电流。…

来源: 日期:2013-12-24 21:09:20 人气:标签:

太阳能电池的电流一电压特性

  太阳能电池的电路及等效电路如下图所示。其中,r1为电池的外负载电阻。当rl=o时,所测的电流为电池的短路电流。所谓短路电流isc,就是将太阳能电池置于标准光源的照射下,在输出端短路时,流过太阳能电池两端的电流。测量短路电流的方法,是用内阻小于1q的电流表接在太阳能电池的两端。isc值与太阳能电池的面积大小有关,面积越大,isc值越大。一般来说,l平方厘米硅太阳能电池的isc值约16~30ma。同一块太阳能电池,其isc与入射光的辐照度成正比;当环境温度升高时,isc值略有上升,一般温度每升高l℃,isc值约上升78μa。当rl→∞时,所测得的电压为电池的开路电压。所谓开路电压uoc,就是将太阳能电池置于100mw/平方厘米的光源照射下,在两端开路时,太阳能电池的输出电压值。可用高内阻的直流毫伏计测量电池的开路电压。太阳能电池的开路电压,与光谱辐照度有关,与电池面积的大小无关。在100mw/平方厘米的光谱辐照度下,硅太阳能电池的开路电压为450~600mv,最高可达690mv。当入射光谱辐照度变化时,太阳能电池的开路电压与入射光谱辐照度的对数成正比。当环境温度升高时,太阳能电池的开路电压值将下降,一般温度每上升1℃,uoc值约下降2~3mv。id(=极管电流)为通过p-n结的总扩散电流,其方向与isc相反。rs为串联电阻,它主要由电池的体电阻、表面电阻、电极导体电阻和电极与硅表面间接触电阻所组成。rsh为旁漏电阻,它是由硅片的边缘不清洁或体内的缺陷引起的。一个理想的太阳能电池,串联电阻r。很小,而并联电阻rsh很大。由于r。和rsh是分别串联和并联在电路中的,所以在进行理想的电路计算时,它们可以忽略不计。此时,流过负载的电流il为:

  理想的p-n结特性曲线方程为:

  式中
  
  id——太阳能电池在无光照时的饱和电流,
  
  a;q——电子电荷,
  
  c;k——玻尔兹曼常数;
  
  t——热力学温度;
  
  a——常数因子(正偏电压大时a值为1,正偏电压小时a值为2);
  
  e——自然对数的底。
  
  当il=0时,电压u即为uoc,可用下式表示:

太阳能电池的电路及等效电路

  根据以上两式作图,可得到太阳能电池的电流一电压关系曲线,如下图所示。这个曲线,可简称为i-u曲线,或伏一安曲线。
  
  下图中,曲线l,是二极管的暗伏一安关系曲线,即无光照时太阳能电池的i-u曲线;曲线2,是电池接受光照后的i-u曲线,它可由无光照时i-u曲线向第四象限位移isc量得到。经过坐标交换,最后可得到常用的光照太阳能电池的电流一电压特性曲线,如下图所示。
  
  太阳能电池的电流一电压特性曲线显示了通过太阳能电池(组件)传送的电流im与电压um在特定的太阳辐照度下的关系。
  
  如果太阳能电池(组件)电路短路,即u=o,此时的电流为短路电流isc;如果电路开路,即i=o,此时的电压为开路电压uoc。太阳能电池(组件)的输出功率等于流经该电池(组件)的电流与电压的乘积,即p=iu。
  
  当太阳能电池(组件)的电压上升时,例如,通过增加负载的电阻值或电池(组件)的电压从0(短路条件下)开始增加时,电池(组件)的输出功率亦从0开始增加:当电压达到一定值时,功率可达到最大,这时当阻值继续增加时,功率将跃过最大点,并逐渐减少至o,即电压达到开路电压uoc。电池(组件)输出功率达到最大的点,称为最大功率点;该点所对应的电压,称为最大功率点电压um,又称为最大工作电压;该点所对应的电流,称为最大功率点电流im,又称为最大工作电流;该点的功率,则称为最大功率pm。
  
  太阳能电池(组件)的输出功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和太阳能电池(组件)的工作温度,因此太阳能电池(组件)的测量须在标准条件(stc)下进行,测量标准被欧洲委员会定义为101号标准,其条件是:光谱辐照度,1000w/平方米;光谱,aml.5;电池温度,25℃。在该条件下,太阳能电池(组件)所输出的最大功率被称为峰值功率,在以瓦为计算单位时称为峰瓦,用符号wp表示。


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