太阳能电池内部电阻对其输出特性影响的仿真
引
言
太阳能电池是利用光伏效应直接将光能转换为电能的器件。其理想等效电路模型是一个电流源和一个理
J-V 曲线图表示。如图 1（略）。
在实际器件中，由于表面效应、势垒区载流子的产生及复合、电阻效应等因素的影响，其电流电压特性与
理想特性有很大差异，这是因为理想模型不能正确反映实际器件的特点。实际模型采用串联电阻及并联电
阻来等效模拟实际器件中的各种非理想效应的影响。本文针对太阳电池的等效电路模型，利用
Matlab 软
件建立了仿真模块，模拟了太阳电池各输出参数受其内部电阻影响的程度。
实际太阳电池等效电路如图 2 所示，由一个电流密度为 JL 的理想电流源、一个理想二极管 D 和并联电阻
Rsh，串联电阻 Rs 组合而成。Rsh 为考虑载流子产生与复合以及沿电池边缘的表面漏电流而设计的一个等
效并联电阻，
Rs 为扩散顶区的表面电阻、电池体电阻及上下电极之间的欧姆电阻等复合得到的等效串联电
V，流过太阳电池单位面积的电流为 J。由图 2 可以得出其电流电压关系（公式
略）：
式中，
Js——二极管反向饱和电流密度。当太阳电池两端开路时，即负载阻抗为无穷大时，通过太阳电池
的净电流
J 为零，此时的电压为太阳电池的开路电压 VOC。在(1)式中令 J=0，则有（公式略）
(2)式表明，开路电压不受串联电阻 Rs，的影响，但与并联电阻 Rsh 有关。可以看出，Rsh 减小时，开
路电压
太阳电池两端短路即负载阻抗为零时，电压 V 为零，此时的电流为短路电流密度 Jsc。在(1)式中令
V=0，并且考虑到一般情况下 R<<Rsh，(1)式可化为（公式略）
Rsh 无关，但受 Rs，的影响，随着 Rs 的增大，Js 会减小。
太阳电池输出特性仿真
以上定性分析了太阳电池等效电路中串联电阻和并联电阻对其伏安特性的影响，并讨论了短路电流和开
路电压与电池内部的并联电阻及串联电阻之间的关系。但要对其做定量讨论，就要求解
(1)～(3)式的方程，
这
3 个方程都是超越方程，无法得到其解析表达式。在此，我们通过 Matlab 中的 Simu-link 系统仿真模
块库建立仿真程序，借助于
Matlab 强大的数值运算功能，采用迭代法对方程进行数值求解。图 3 是根据
(1)式建立的太阳电池伏安特性仿真模型。图 4 为根据(2)式建立的开路电压随并联电阻 Rsh 变化的模型，
图
5 为根据(3)式建立的短路电流随串联电阻变化的模型。在模型中，P-N 结反向饱和电流密度 Js 取值 10-