光伏电池模型及M技术原理.docx

其次章光伏电池模型及MPPT技术原理

光伏电池是能够将太阳光能转化为电能的电子器件，其输出功率尤其受光照强度、电子器件温度的阻碍。为了将太阳能最大限度地转化为电能，提高光伏电池的光电转化效率，对光伏电池的最大功率点跟踪那么是光伏发电系统的关键技术之一。为了进展最大功率点跟踪，必需对光伏电池的工作原理和特性进展详尽的争论，了解其是如何将太阳光能转化为电能，其转化进程受哪些因素的阻碍，和如何提高光电转化的效率。基于此，争论光伏电池的工作特性势在必行。

一、太阳能光伏电池模型

一、光伏电池的工作原理

光伏电池的大体构造是PN结，当受到外界光照时，PN结会产生电动势，这种现象就称为光生伏特效应。当太阳光照耀到光伏电池外表时，一部份光子被反射归去，如光子1；一部份光子会在离PN结较远的地址被吸取，如光子2，它们在复合复原的进程中无法产生电动势；一部份光子因其本身动能较小，在刚进入PN结时，就被吸取，无法产生电动势，而且会使光伏电池本身的温度上升，如光子3；还有一部份光子在射入光伏电池没有被吸取，如光子4；而真正产生电动势的是那些在PN结四周被吸取的光子，如光子5；在PN结内部原子的价电子受到太阳光子的激发产生处于非平稳状态的空穴-电子对，在PN结内部形成势垒电场，现在，咱们能够把空穴明白得为正电荷，电子明白得为负电荷，当空穴-电子对处在势垒电场时，会受到电场力的作用，使得空穴向P区漂移，而电子那么向N区漂移，至此，在PN结四周会形成一个与势垒电场相反的光生电场。光生电场的一部份与势垒电场相抵消，另一部份那么使得P区带正电，N区带负电，而在P区和N区之间，就产生了电动势，只要在外部接上负载，即

能够向负载输出直流电，形成一个小小的直流电源，使负载取得电能。以上的整个进程确实是光生伏特效应，而这一样也是光伏电池的大体工作原理。

图2-1PN结受光照激发空穴-电子对图

图2-2光伏电池的光生伏特效应图

二、光伏电池模型

光伏电池模型有两类，一类是物理模型，另一类是外部特性模型。物理模型比较简单，要紧通过认真争论光电转换的进程来实现。外部特性是指通过度析其运行特性，来得出一个等效的模型电路。基于上述，光伏电池是利用光生伏特效应的原理而制成，PN结是光伏电池的核心部件，每一个小的光伏电池单元的外特性模型能够看成是一个恒流源与一只正向二极管的并联，这种形式被称作是光伏电池的单二极管形式，如以以下图〔a〕所示。在此根底上，为了更好更精准地反映光伏电池的非线性特性，还会把它看做一个恒流源与两只正向的二极管相并联，这种形式称为光伏电池的双二极管形式，如以以下图〔b〕所示。

图2-3光伏电池的等效电路

图2-3中，Iph表示光伏电池内部的光生电流，与光伏电池的采光面积、太阳光的入射强度成正比；ID表示光伏电池内部的暗电流，反映在当前环境温度下，光伏电池PN结的总集中电流转变情形，是指在没有光照的情形下，光伏电池在外电压作用下，PN结流过的单向电流；IL表示光伏电池输出给外部负载的电流；UD表示等效二极管的端电压；Uoc表示光伏电池的开路电压，它与入射光的光照强度的对数成正比，与环境温度成反比，与光伏电池的采光面积大小无关；RL表示外部负载电阻；Rs表示光伏电池内部等效串联电阻，大小一样不超过1kΩ，要紧由光伏电池的体电阻、PN结集中层横向电阻、电极导体电阻、与硅外表间接触电阻、线路导体电阻等组成；Rsh表示光伏电池内部等效旁路电阻，大小一样为几千欧，由光伏电池外外表污浊、半导体晶体缺点引发的漏电流对应的PN结的泄露电阻、光伏电池边缘的漏泄电阻等组成。

3、光伏电池的伏安特性与电阻效应

伏安特性

光伏电池的电压-电流关系曲线称为光伏电池的伏安特性曲线。如图2-4所示，光伏电池的短路电流Isc是伏安特性曲线与电流轴的交点，而开路电压那么是伏安特性曲线与电压轴的交点。由电功率P=UI可知，当P一按时，能够在伏安特性曲线图上作出几条等功率曲线，其中必有一条曲线与光伏电池的伏安特性曲线相切，而切点就被称作为光伏电池的最大功率工作点M，该条功率曲线确实是光伏电池的最大输出功率曲线，Im电流值称为最正确输出电流，Um电压值称为最正确输出电压，而Im与Um所围的矩形面积即为伏安特性曲线所能包围的最大面积，通常称作光伏电池的最大输出功率Pm，从原点到M点的直线被称作最正确负载线〔RL=Rm〕。

图2-4光伏电池的伏安特性曲线

电阻效应

光伏电池的特点电阻确实是电池在输出最大功率时的输出电阻，如图2-4所示的M点。假设是外部的电阻大小与光伏电池的电阻大小相等，那么电池的输出功率到达最大值，即光伏电池工作在