太陽電池I-V方程顯式求解原理研究及應用.pdf

1、自1839年法國物理學家A．E．Becquerel發(fā)現光生伏特效應以來，由固體物理知識推導出的太陽電池I-V方程就成為研究太陽電池輸出特性的基礎。上述太陽電池I-V方程是一個隱式超越方程，其中的電流或電壓均無法通過初等函數顯式地用電壓或電流來表示。因此在用該隱式表述解決太陽電池的實際問題時，常常采用各種近似方法來避免計算過程的迭代和推導過程中的繁瑣。 鑒于初等函數無法給出太陽電池I-V方程關于電流或電壓的顯式表述，本文第二章引入

2、超越函數Lambert W函數應用于太陽電池I-V方程，給出了太陽電池I-V方程關于電流和電壓的顯式表述，并以7種不同種類的太陽電池單體和組件為例，分別計算它們的特征點并繪制其I-V曲線，驗證了顯式表述可以準確、完整地表征太陽電池I-V特性。 其次，基于太陽電池電流和電壓的顯式表述，給出工程實際中幾個關鍵問題的簡便解決方法： 求解最佳負載。前人推導最佳負載表述都是基于隱式表達式，因而求導過程比較繁瑣，需應用特別的數學技巧

3、。由此求得的最佳負載表達式中包含最大功率下的電流和電壓項，因而無法由模型參數值直接求得最佳負載值。而本文第三章運用了太陽電池關于電流和電壓的顯式表述后，僅依據最佳負載的定義式即可方便地給出太陽電池最佳負載的表達式，并且運用此表達式可由模型參數直接求得最佳負載值?；诖俗罴沿撦d的表達式，還可清晰地看出太陽電池既非電流源亦非電壓源的特性，并研究各模型參數對最佳負載的影響。 預測組件性能。太陽電池組件的制造廠商僅提供標準測試條件下的一

4、條I-V曲線，而實際使用時組件的工作狀態(tài)通常并不在測試條件上，因此預測組件在各種工況下的輸出特性就十分必要。本文第四章提出僅依靠一條標準測試條件下組件的I-V特性曲線就可準確預測組件在不同工況下輸出特性的方法。該方法運用太陽電池電流和電壓方程的顯式表述，先巧妙地由一條標準測試條件下的I-V曲線提取出太陽電池模型參數，再結合模型參數隨光照和溫度的變化關系式，給出了不同光照和溫度下組件性能特性的預測，并探討了在極端工況下，組件輸出特性的一些

5、有意義的現象。分析組件聯(lián)接。在分析太陽電池組件聯(lián)接特性時，由于在串聯(lián)聯(lián)接時需要單獨地研究電壓，并聯(lián)聯(lián)接時需要單獨地分析電流，而I-V方程的隱式表述無法將電流和電壓分開，因而給分析組件串、并聯(lián)聯(lián)接特性帶來了困難?；贚ambertW函數的電流、電壓的顯式表述則為單獨地分析電流和電壓提供了可能。本文第五章依據太陽電池的顯式表述依次討論了組件聯(lián)接應遵循的聯(lián)接準則、陣列中被聯(lián)接組件的工作狀態(tài)分析以及模型參數對失配損失的影響等問題，最后還討論了有