太陽(yáng)電池I-V方程顯式求解原理研究及應(yīng)用.pdf

1、自1839年法國(guó)物理學(xué)家A．E．Becquerel發(fā)現(xiàn)光生伏特效應(yīng)以來(lái)，由固體物理知識(shí)推導(dǎo)出的太陽(yáng)電池I-V方程就成為研究太陽(yáng)電池輸出特性的基礎(chǔ)。上述太陽(yáng)電池I-V方程是一個(gè)隱式超越方程，其中的電流或電壓均無(wú)法通過(guò)初等函數(shù)顯式地用電壓或電流來(lái)表示。因此在用該隱式表述解決太陽(yáng)電池的實(shí)際問(wèn)題時(shí)，常常采用各種近似方法來(lái)避免計(jì)算過(guò)程的迭代和推導(dǎo)過(guò)程中的繁瑣。 鑒于初等函數(shù)無(wú)法給出太陽(yáng)電池I-V方程關(guān)于電流或電壓的顯式表述，本文第二章引入

2、超越函數(shù)Lambert W函數(shù)應(yīng)用于太陽(yáng)電池I-V方程，給出了太陽(yáng)電池I-V方程關(guān)于電流和電壓的顯式表述，并以7種不同種類的太陽(yáng)電池單體和組件為例，分別計(jì)算它們的特征點(diǎn)并繪制其I-V曲線，驗(yàn)證了顯式表述可以準(zhǔn)確、完整地表征太陽(yáng)電池I-V特性。 其次，基于太陽(yáng)電池電流和電壓的顯式表述，給出工程實(shí)際中幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題的簡(jiǎn)便解決方法： 求解最佳負(fù)載。前人推導(dǎo)最佳負(fù)載表述都是基于隱式表達(dá)式，因而求導(dǎo)過(guò)程比較繁瑣，需應(yīng)用特別的數(shù)學(xué)技巧

3、。由此求得的最佳負(fù)載表達(dá)式中包含最大功率下的電流和電壓項(xiàng)，因而無(wú)法由模型參數(shù)值直接求得最佳負(fù)載值。而本文第三章運(yùn)用了太陽(yáng)電池關(guān)于電流和電壓的顯式表述后，僅依據(jù)最佳負(fù)載的定義式即可方便地給出太陽(yáng)電池最佳負(fù)載的表達(dá)式，并且運(yùn)用此表達(dá)式可由模型參數(shù)直接求得最佳負(fù)載值?；诖俗罴沿?fù)載的表達(dá)式，還可清晰地看出太陽(yáng)電池既非電流源亦非電壓源的特性，并研究各模型參數(shù)對(duì)最佳負(fù)載的影響。 預(yù)測(cè)組件性能。太陽(yáng)電池組件的制造廠商僅提供標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的一

4、條I-V曲線，而實(shí)際使用時(shí)組件的工作狀態(tài)通常并不在測(cè)試條件上，因此預(yù)測(cè)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(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下組件的I-V特性曲線就可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)組件在不同工況下輸出特性的方法。該方法運(yùn)用太陽(yáng)電池電流和電壓方程的顯式表述，先巧妙地由一條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的I-V曲線提取出太陽(yáng)電池模型參數(shù)，再結(jié)合模型參數(shù)隨光照和溫度的變化關(guān)系式，給出了不同光照和溫度下組件性能特性的預(yù)測(cè)，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(xiàn)象。分析組件聯(lián)接。在分析太陽(yáng)電池組件聯(lián)接特性時(shí)，由于在串聯(lián)聯(lián)接時(shí)需要單獨(dú)地研究電壓，并聯(lián)聯(lián)接時(shí)需要單獨(dú)地分析電流，而I-V方程的隱式表述無(wú)法將電流和電壓分開(kāi)，因而給分析組件串、并聯(lián)聯(lián)接特性帶來(lái)了困難?；贚ambertW函數(shù)的電流、電壓的顯式表述則為單獨(dú)地分析電流和電壓提供了可能。本文第五章依據(jù)太陽(yáng)電池的顯式表述依次討論了組件聯(lián)接應(yīng)遵循的聯(lián)接準(zhǔn)則、陣列中被聯(lián)接組件的工作狀態(tài)分析以及模型參數(shù)對(duì)失配損失的影響等問(wèn)題，最后還討論了有