太阳能光伏电池特性实验研究
太阳能光伏电池的输出具有非线性,这种非线性受到外部环境(包括日照
强度、温度等)以及本身技术指标(如输出阻抗)的影响,从而使得太阳能电池
的输出功率发生变化,其实际转换效率受到一定限制。因此,对太阳能光伏电池
输出特性的研究成为了一个重要课题
。与跟踪式太阳能光伏系统相比,固定式
太阳能光伏系统有着结构简单、成本低廉等优点。太阳能光伏电池表面温度将随
辐射能的增强而升高,在一定程度上影响了太阳能电板的输出功率。本文主要对
固定式单晶硅太阳能电池输出功率等进行了实验研究。
1、理论分析
理想的太阳能电池可以看做是一个产生光生电流
I
ph
的恒流源与一个处于正
向偏置的二极管并联,如图
1 所示。如果负载 R
L
短路了,电路只有光生电流
I
ph
,光强越强,电子
-空穴对的产生率越高,光生电流 I
ph
越大,即短路电流
I
sc
为:
sc
ph
I
I
= −
(
1)
I
R
L
I
d
I
ph
U
图
1 理想太阳能电池等效电路
如果负载
R
L
不短路,那么
P-N 结内流过的电流 I
d
方向与光生电流方向相反,
会抵消部分光生电流,使少数载流子注入和扩散。太阳能电池输出的净电流
I 是
光生电流
I
ph
和二极管电流
I
d
之差,故太阳能电池的光伏
I-V 特性可表示为:
ph
d
ph
exp
1
O
qV
I
I
I
I
I
nkT
=
− =
−
−
÷
(
2)
式中:
I
o
——反向饱和电流;n——理想因子,由半导体材料和制造技术决定 ,
n=1~2;V——二极管电压;k——波尔兹曼常数;q——电子电量;T——二极
管绝对温度。
当电流
I=0 时,这意味着产生的光生电流 I
ph
正好等于光电压
V
oc
产生的二极
管电流
I
d
,即
I
ph
=I
d
。从式(
2)可得出 V
oc
为:
ph
0
1
OC
I
nkT
V
In
q
I
=
+