太阳能电池的特性
光伏电池的特性一般包括光伏电池的输入输出特性(伏安特性)、照度特性以及温度特性。 1. 伏安特性
当太阳光照射到电池上时，电池的电压与电流的关系(伏安特性)可以简单的用图2．9所示的特性曲线来表示。图中：Voc为开路电压；Isc为短路电流；Vpmax为最佳工作电压；Ipmax为最佳工作电流。
最佳工作点对应电池的最大出力Pmax，其最大值由最佳工作电压与最佳工作电流的乘积得到。实际使用时，电池的工作受负载条件、日照条件的影响，工作点会偏离最佳工作点。 1.1 开路电压Voc
光伏电池电路将负荷断开测出两端电压，称为开路电压。 1.2 短路电流Isc
光伏电池的两端是短路状态时测定的电流，称为短路电流。 1.3 填充因子FF
实际情况中，PN结在制造时由于工艺原因而产生缺陷，使光伏电池的漏电流增加。为考虑这种影响，常将伏安特性加以修正，将特性的弯曲部分曲率加大，定义曲线因子FF为
Ipmax?UpmaxPmaxFF??Isc?UocIsc?Uoc
曲线因子是一个无单位的量，是衡量电池性能的一个重要指标。曲线因子为
1被视为理想的电池特性。一般地，曲线因子在0．5～O．8之间。 1.4 转换效率
转换效率用来表示照射在电池上的光能量转换成电能的大小，它是衡量电池性能的另一个重要指标。但是对于同一块电池来说，由于电池的负载的变化会影响其出力，导致光伏电池的转换效率发生变化。为了统一标准，一般公称效率来表示电池的转换效率。即对在地面上使用的电池，在太阳能辐射通量1000w／
1
m2、大气质量Aml.5、环境温度25℃，与负载条件变化时的最大电气输出的比的百分数来表示。厂家的说明书中电池转换效率就是根据上述测量条件得出的。 2. 照度特性
光伏电池的出力随照度(光的强度)而变化。如图2．10所示，短路电流与照度成正比；图2．1l所示，开路电压随照度按指数函数规律增加，其特点是低照度值时，仍保持一定的开路电压。
因此，最大出力Pmax几乎与照度成比例增加，而曲线因子FF几乎不受照度的影响，基本保持一致。 3. 温度特性
光伏电池的出力随温度的变化而变化，其特性曲线如图2．12所示，随着温度的上升，短路电流Isc增大，而开路电压Voc减小，转换效率降低。由于温度上升导致电池的出力下降，因此，有时需要用通风的方法来降低电池板的温度以便提高电池的转换效率，使出力增加。电池的温度特性一般用温度系数表示。温度系数小说明即使温度较高，但出力的变化较小。
4. 光伏电池的等值电路
(1)等值电路和公式推导
光伏电池本身是一个P-N结，基本特性与二极管类似，其等效电路由光生
2
电流源及一系列电阻(内部并联电阻妯和串联电阻黜)组成，如图2．13所示。
由光伏电池等效电路可得出公式
I?Iph?Id?Ish (2-1)
式中，I为光伏电池的输出电流(A)；Iph为光生电流(A)；Id为流过二极管的电流(A)；Ish为流过内部并联电阻妯的电流(A)。
对于Id有
式中，Io为二极管反向饱和电流(一般而言，其数量级为10A)；V为输出电压(V)；K是玻耳兹曼常数，为1．38×10。23J/K；Rs为电阻Rs的电阻(Q)；T是绝对温度(K)；A是P-N结的理想因子，当温度T=300K时，取值2．8；q是电子电荷，为1．6×lO。9C。对式(2．1)中的Ish有
?4
将式(2．2)和(2．3)代入式(2．1)，可得光伏电池输出电流表达式为
(2)Rs和Rsh的影响 ◆串联电阻黜的影响
当黜增大时，会引起变换效率77降低，短路电流下降，但对开路电压影响不大。因此，在光伏电池组件实际使用中，少不了组件之间的接线或组件与电缆连接，可以认为是增大了串联电阻Rs，这方面的影响不可低估。
◆并联电阻黜h的影响
3
第3章太阳能电池的特性
