[发明专利]一种测量任意光强和温度下光伏电池串联内阻的方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源发电技术领域，公开了一种测量任意光强和温度下光伏电池串联内阻的方法。 

背景技术

当今世界能源结构是以煤炭、石油和天然气等化石能源为主体的结构，而化石能源是不可再生能源，大量耗用终将枯竭。太阳能取之不尽，用之不竭，是理想的可再生能源。太阳能光伏发电最核心的器件是光伏电池，目前占生产、市场和应用主导地位的是晶体硅光伏电池。硅光伏电池理论光电转换效率的上限值为33％左右，而商品硅光伏电池的转换效率一般为15％～20％。光伏电池串联内阻对其电性能有很大的影响，是影响转换效率的主要因素，它与其材料、PN结和电极接触的性质有关。准确简便地得到光伏电池的串联内阻值，对于改进生产工艺技术以尽量减小串联内阻，提高光伏电池的效率具有重要的意义。 

光伏电池的串联内阻一般通过实验测量的方法来得到，或者从一条或多条伏安特性曲线中求解串联内阻值，或者利用不同光照下伏安特性曲线比较的方法测定串联内阻。但这些测定方法都没有讨论太阳光强和电池工作温度等对串联内阻的影响。光伏电池生产厂商一般只提供光伏组件在标准测试条件（太阳光强1000W/m²，电池温度25℃）下的四个电气参数（短路电流Isc，开路电压Voc，最大功率点电流Im和电压Vm），如何利用这四个参数估算在各种环境条件下串联内阻, 比在各种工况下反复测定光伏电池串联内阻，显然更有实际意义。 

发明内容

针对现有技术中光伏电池的串联内阻测量方法中存在的以上问题，本发明提供一种测量任意光强和温度下光伏电池串联内阻的方法。 

本发明的技术方案是： 

一种测量任意光强和温度下光伏电池串联内阻的方法，包括以下步骤：

 （一）标准测试条件下的光伏电池串联内阻的估算

光伏电池的原理是基于半导体材料的光伏效应将太阳辐射直接转换为电能，其输出电流I和输出电压V之间的关系为： 

      (1)

式中，I_ph为光伏电池光生电流(A)，I_sat为电池单元的二极管反向饱和电流(A)，A为无量纲的任意曲线拟合常数，其取值范围为1≤A≤2，当光伏电池输出高电压时A=1；当光伏电池输出低电压时A=2，k为波尔兹曼常数（1.38×10^-23 J/K），T为光伏电池的绝对温度（K），q为电子电荷（1.6×10^-19C），R_s为串联等效电阻（），R_sh为并联等效电阻（），I为光伏电池输出电流（A），V为光伏电池输出电压（V）。

并联电阻R_sh主要由电池表面污浊和半导体晶体缺陷引起的漏电流所对应的P-N结漏泄电阻和电池边缘的漏泄电阻等组成，一般为几千欧姆，其通过的电流远小于光电流，故可以忽略不计。因此式（1）简化为 

        (2)

利用光伏电池开路点（即I=0时，V=V_oc）和最大功率点（I=I_m，V=V_m）代入上式，进一步简化可以得到

        (3)

由于I_sat与电池材料自身性质有关，反映了光伏电池对光生载流子最大的复合能力，一般认为它近似为常数，不受光照强度的影响。在标准测试条件下，I_sat/I_sc≈10^－8～10^－10，为简化分析，一般取I_sat/I_sc≈10^－9。由式（3）可知，根据生产厂商为用户提供的光伏电池组件在标准测试条件下测出的四个技术参数（短路电流I_sc，开路电压V_oc，最大功率点电流I_m，最大功率点电压V_m）, 容易计算出对应标准测试条件下的串联内阻。