太阳电池一般电流模型参数的解析解.pdf

第 30卷 第 8期 太 阳 能 学 报 Vo1．30．No．8 2009年 8月 ACTA ENERG1AESOLALRISSIN1CA Aug．，2009 文章编号：0254-0096(2009)08．1078．05 太阳电池一般电流模型参数的解析解 翟载腾 ，程晓舫 ，杨臧健 ，茆美琴2 (1．中国科学技术大学热科学和能源工程系，合肥 230027；2．合肥工、大学教育部光伏系统I：程研究q1心，合肥 230009) 摘 要：在太阳电池一般电流模型的基础_f，通过对电流方程的微分求 导和在短路点处的简化 ，将复杂的超越方 程转换为简单的代数方程，结合电流方程在最大功率点处的极值表述，建立了求解串联内阻 、并联电阻 尺 光 生电流 ，、反向饱和电流 ，I]以及_二极管理想因子等5个电性参数的封闭代数方程组，从而得到r各个参数的解析 解。对汁算结果与实验数据进行比较，结果证明这种方法具有很高的计算精度，并大大减少了数值解法在提取参 数过程中的计算代价。 关键词：太阳电池参数；超越方程；代数方程；解析解 中图分类号：TM914．4 文献标识码 ：A 精度 ，且当进行阵列运算时，造成误差迭加 ；因此有 0 引 言 人提出加上在短路点与开路点处一阶导的方程 ，构 根据实测 ，- 数据绘制 的 曲线是太阳电池 成五参数的封闭方程组，然后通过迭代求解 的方法 光电特性的宏观表现，在描述太 阳电池 ，_ 特性 的 来获取参数的数值解。但在迭代求解这些方程组 理论模型中用包括串联电阻、并联电阻、二极管反 向 时，迭代过程极易造成发散 ，H迭代结果受实验点的 饱和电流、光牛电流、二极管影响因子 5个参数在 内 数据影响较大；另外也有对上述方程进行近似处理， 的直流模型是 比较成功且被广泛采用的主要理论模 略去非线性项，求出解析解，但 冈简化步骤略多，因 型l1]，它是以同体物理理论为依据 ，采用太阳电池全 此对参数值的精度造成一定影响；近年来多用数值 电路欧姆定律等效电路推导出来的。该模型具有清 拟合的方法确定五参数 (如用蒙特卡洛方法等)，但 晰的物理意义、包含着丰富的信息，因此五参数直流 由于方程的复杂性，数值方法拟合求解对初值要求 模型是太阳电池理论研究中得到广泛认可的模型， 较高，当电池参数偏离正常值时不能得到好的结果， 如何根据太阳电池 ，- 曲线简单而又精确地确定这 且计算量也较大。 些参数成为太阳电池应用研究的一个重要环节。鉴 在文献[12]中，由于略去了并联内阻项和把短 于该模型是一个复杂的超越非线性函数，无法直接 路电流近似为光生电流，这样减少 了两个待求参数， 测量求解各参数，凶此多种提取参数的方法 曾被提 降低了求解 的难度 ，因此不需要将超越方程代数化 出 ：常常直接利用生产厂家提供的标准测试条 即可求得解析解。而本文为了求得全部 5个模型参 件(STC：StandardTestingCondition)测得的短路点、开 数，如果不将超越方程转化为代数方程 ，则很难直接 路点和最大功率点等 3个点上的数据 ，根据 L述 3 求得解析解。冈此通过对电流方程的微分求导和在 个特征点的方程联立求解，但只能得到3个方程，通 短路点处的简化，经过数学变换将超越方程转换为 过略去并联 内阻项，短路 电流近似为光生电流，甚至 代数方程，通过求解代数方程组很容易得出各参数 在：[程上对精度要求不高时还略去了串联 内阻项， 的值。此方法大大减少了参数提取的计算代价且无 把五参数的电流方程简化为三参数或者两参数的电 需设置初值，通过与实测数据进行 比较，其结果令人 流方程 ，虽然使得计算简单，但同时也降低丁运算的 满意 。 收稿 日期 ：2008—01—28 基金项 目：教育部光伙系统1二程研究中心开放基金；国家高技术研究发展计划(863)项 日(2007AA04ZI78) 通讯作者：程晓舫(