太阳能电池的电流一电压特性

　　太阳能电池的电路及等效电路如下图所示。其中，r1为电池的外负载电阻。当rl=o时，所测的电流为电池的短路电流。所谓短路电流isc，就是将太阳能电池置于标准光源的照射下，在输出端短路时，流过太阳能电池两端的电流。测量短路电流的方法，是用内阻小于1q的电流表接在太阳能电池的两端。isc值与太阳能电池的面积大小有关，面积越大，isc值越大。一般来说，l平方厘米硅太阳能电池的isc值约16～30ma。同一块太阳能电池，其isc与入射光的辐照度成正比；当环境温度升高时，isc值略有上升，一般温度每升高l℃，isc值约上升78μa。当rl→∞时，所测得的电压为电池的开路电压。所谓开路电压uoc，就是将太阳能电池置于100mw/平方厘米的光源照射下，在两端开路时，太阳能电池的输出电压值。可用高内阻的直流毫伏计测量电池的开路电压。太阳能电池的开路电压，与光谱辐照度有关，与电池面积的大小无关。在100mw/平方厘米的光谱辐照度下，硅太阳能电池的开路电压为450～600mv， 高可达690mv。当入射光谱辐照度变化时，太阳能电池的开路电压与入射光谱辐照度的对数成正比。当环境温度升高时，太阳能电池的开路电压值将下降，一般温度每上升1℃，uoc值约下降2～3mv。id(=极管电流)为通过p-n结的总扩散电流，其方向与isc相反。rs为串联电阻，它主要由电池的体电阻、表面电阻、电极导体电阻和电极与硅表面间接触电阻所组成。rsh为旁漏电阻，它是由硅片的边缘不清洁或体内的缺陷引起的。一个理想的太阳能电池，串联电阻r。很小，而并联电阻rsh很大。由于r。和rsh是分别串联和并联在电路中的，所以在进行理想的电路计算时，它们可以忽略不计。此时，流过负载的电流il为：

　　理想的p-n结特性曲线方程为：

　　式中
　　
　　id——太阳能电池在无光照时的饱和电流，
　　
　　a；q——电子电荷，
　　
　　c；k——玻尔兹曼常数；
　　
　　t——热力学温度；
　　
　　a——常数因子（正偏电压大时a值为1，正偏电压小时a值为2）；
　　
　　e——自然对数的底。
　　
　　当il=0时，电压u即为uoc，可用下式表示：

　　根据以上两式作图，可得到太阳能电池的电流一电压关系曲线，如下图所示。这个曲线，可简称为i-u曲线，或伏一安曲线。
　　
　　下图中，曲线l，是二极管的暗伏一安关系曲线，即无光照时太阳能电池的i-u曲线；曲线2，是电池接受光照后的i-u曲线，它可由无光照时i-u曲线向第四象限位移isc量得到。经过坐标交换， 后可得到常用的光照太阳能电池的电流一电压特性曲线，如下图所示。
　　
　　太阳能电池的电流一电压特性曲线显示了通过太阳能电池（组件）传送的电流im与电压um在特定的太阳辐照度下的关系。
　　
　　如果太阳能电池（组件）电路短路，即u=o，此时的电流为短路电流isc；如果电路开路，即i=o，此时的电压为开路电压uoc。太阳能电池（组件）的输出功率等于流经该电池（组件）的电流与电压的乘积，即p=iu。
　　
　　当太阳能电池（组件）的电压上升时，例如，通过增加负载的电阻值或电池（组件）的电压从0(短路条件下)开始增加时，电池（组件）的输出功率亦从0开始增加：当电压达到一定值时，功率可达到 大，这时当阻值继续增加时，功率将跃过 大点，并逐渐减少至o，即电压达到开路电压uoc。电池（组件）输出功率达到 大的点，称为 大功率点；该点所对应的电压，称为 大功率点电压um，又称为 大工作电压；该点所对应的电流，称为 大功率点电流im，又称为 大工作电流；该点的功率，则称为 大功率pm。
　　
　　太阳能电池（组件）的输出功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和太阳能电池（组件）的工作温度，因此太阳能电池（组件）的测量须在标准条件(stc)下进行，测量标准被欧洲委员会定义为101号标准，其条件是：光谱辐照度，1000w／平方米；光谱，aml.5；电池温度，25℃。在该条件下，太阳能电池（组件）所输出的 大功率被称为峰值功率，在以瓦为计算单位时称为峰瓦，用符号wp表示。

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