CN103105574A - 一种提取太阳电池参数的解析方法 - Google Patents

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Abstract

一种提取太阳电池参数的解析方法，是基于太阳电池电流输出方程及其一阶微分求导方程的基础上，利用太阳电池光生电流远大于反向饱和电流，太阳电池并联电阻远大于串联电阻以及太阳电池光生电流近似等于负的短路电流3个边界条件，结合太阳电池在短路情况、开路情况和最大功率点处的极值表述，建立求解太阳电池光生电流，反向饱和电流，理想因子，并联电阻和串联电阻5个电性参数的封闭代数方程组，从而得到各个参数的解析解。本发明的技术效果是：通过光照下太阳电池单条伏安特性曲线，可快速且较高精度的同时提取电池5个参数。

Description

一种提取太阳电池参数的解析方法
技术领域：
本发明涉及太阳电池参数的提取技术领域，具体涉及一种提取太阳电池参数的解析方法。
背景技术：
太阳电池参数（指光生电流，反向饱和电流，理想因子，并联电阻和串联电阻）提取技术得到光伏领域广泛研究，因为这些参数是衡量太阳电池品质优劣的重要依据，是衡量其光电转化效率的具体指标。但是包含以上参数的太阳电池电流输出方程是一个超越方程，无法解析求出各参数。为了解决这个问题，人们提出来各种太阳电池参数提取方法 [（查珺 等，太阳能学报，2007.28（9）：992），（刘锋 等，光电子#激光,2010.21(8):1181），（肖文波 等，光电子#激光,2012.23(9):1681），（Chunfu Zhang et al.， Journal of applied physics,2011.110：064504）]。所有方法追求的目标是快速且高精度的提取太阳电池参数。
所以，在此，我们提出一种基于太阳电池电流输出方程及其一阶微分求导方程的基础上，利用太阳电池光生电流远大于反向饱和电流，太阳电池并联电阻远大于串联电阻以及太阳电池光生电流近似等于负的短路电流3个边界条件，结合太阳电池在短路情况、开路情况和最大功率点处的极值表述，建立求解太阳电池光生电流，反向饱和电流，理想因子，并联电阻和串联电阻5个电性参数的封闭代数方程组，来提取太阳电池参数的新方法。
  
发明内容:
本发明的目的是提供一种提取太阳电池参数的解析方法，它依靠光照下太阳电池单条伏安特性曲线，实现快速且较高精度的提取太阳电池参数。
本发明是通过以下技术方案实现的，方法步骤为：
（1）            测量太阳电池光照下的伏安特性曲线；
（2）            结合太阳电池在短路情况、开路情况和最大功率点处的极值表述，建立太阳电池电流输出方程及其一阶微分求导方程的5个封闭代数方程组，解出太阳电池光生电流，反向饱和电流，理想因子，并联电阻和串联电阻5个电性参数，并获得计算时间；
（3）    将上述5个电性参数代入太阳电池电流输出方程，全局拟合光照下的伏安特性曲线，获得拟合误差。
所述步骤（1）中，测试环境为光照下，测试温度为室温。
所述步骤（2）中，建立太阳电池电流输出方程的一阶微分求导方程过程中，利用了根据太阳电池光生电流远大于反向饱和电流，太阳电池并联电阻远大于串联电阻以及太阳电池光生电流近似等于负的短路电流3个边界条件。
所述步骤（3）中，全局拟合光照下的太阳电池伏安特性曲线，获得拟合误差。
根据太阳电池光生电流远大于反向饱和电流，太阳电池并联电阻远大于串联电阻以及太阳电池光生电流近似等于负的短路电流3个边界条件，那么短路情况下太阳电池电流输出方程的一阶微分求导方程为：
                                              （1）
根据太阳电池光生电流远大于反向饱和电流，太阳电池并联电阻远大于串联电阻以及太阳电池光生电流近似等于负的短路电流3个边界条件，那么开路情况下太阳电池电流输出方程的一阶微分求导方程为：
Figure 30987DEST_PATH_IMAGE002
                          （2） 
根据太阳电池光生电流远大于反向饱和电流，太阳电池并联电阻远大于串联电阻以及太阳电池光生电流近似等于负的短路电流3个边界条件，那么最大功率点极值处太阳电池电流输出方程的一阶微分求导方程为：
Figure 201310032139X100002DEST_PATH_IMAGE003
                          （3）
短路情况下太阳电池电流输出方程为：
Figure 761177DEST_PATH_IMAGE004
              （4）
开路情况下太阳电池电流输出方程为：
Figure 201310032139X100002DEST_PATH_IMAGE005
        （5）
以上公式中
Figure 665548DEST_PATH_IMAGE006
是短路情况下（输出电压为零时）太阳电池电压对电流的一阶微分求导值，
Figure 201310032139X100002DEST_PATH_IMAGE007
是太阳电池并联电阻，
Figure 683926DEST_PATH_IMAGE008
是开路情况下（输出电流为零时）电压对电流的一阶微分求导值，是太阳电池串联电阻，是太阳电池理想因子，
Figure 201310032139X100002DEST_PATH_IMAGE011
是太阳电池室温下热电压常数，
Figure 71493DEST_PATH_IMAGE012
是太阳电池短路电流，是太阳电池开路电压，
Figure 463160DEST_PATH_IMAGE014
是太阳电池最大功率点处的电压，
Figure 201310032139X100002DEST_PATH_IMAGE015
是太阳电池最大功率点处的电流，
Figure 302807DEST_PATH_IMAGE016
是太阳电池光生电流，
Figure 201310032139X100002DEST_PATH_IMAGE017
是太阳电池反向饱和电流。
由以上（1）、（2）、（3）、（4）、（5）5个封闭方程组，我们根据测量的太阳电池光照下伏安特性曲线及其数值微分特征，可得到短路情况下太阳电池电压对电流的一阶微分求导值，开路情况下太阳电池电压对电流的一阶微分求导值，太阳电池短路电流，太阳电池开路电压，太阳电池最大功率点处的电压，太阳电池最大功率点处的电流,解析出太阳电池光生电流，反向饱和电流，理想因子，并联电阻和串联电阻5个参数，并获得计算时间。把提取出的太阳电池5个参数代入太阳电池电流输出方程，全局拟合光照下的太阳电池伏安特性曲线，获得拟合误差。
本发明的方法与传统的太阳电池参数提取方法比较有以下特点：1、仅依靠太阳电池光生电流远大于反向饱和电流，太阳电池并联电阻远大于串联电阻以及太阳电池光生电流近似等于负的短路电流3个边界条件，就可以建立太阳电池电流输出方程及其一阶微分求导方程的5个封闭代数方程组，同时提取太阳电池光生电流，反向饱和电流，理想因子，并联电阻和串联电阻5个电性参数；2、该方法具有速度较快和精度较高的特点。
本发明提供了一种快速且较高精度的同时提取电池5个参数的方法，为目前太阳电池参数提取提供了一条有效的途径。
 
附图说明
图1是761勒克斯照度下测量和拟合太阳电池伏安特性图。
具体实施方式
本发明是一种仅依靠光照下太阳电池单条伏安特性曲线提取电池参数的方法。
作为一个实例，我们利用该方法测量和拟合太阳电池光照下单条伏安特性。测试和拟合结果如图1所示；图1是本发明测量和拟合太阳电池光照下伏安特性图。具体操作是，首先利用通常的加电压测电流的方法测量太阳电池光照下伏安特性曲线，并获得数值微分特征；其次，利本发明内容提取太阳电池参数；最后，采用太阳电池电流输出方程拟合太阳电池光照下伏安特性曲线。从图1测量和拟合结果，可以看出吻合很好。提取出的太阳电池光生电流为
Figure 34003DEST_PATH_IMAGE018
安培，反向饱和电流为安培，理想因子为0.66，并联电阻为102774欧姆，串联电阻为25.16欧姆。拟合误差为1.9%，计算时间为0.182秒。从拟合误差可以看出误差很小，也就是提取的5个参数精度较高；从计算时间可以看出时间很短，也就是提取5个参数的速度很快。
以上实例说明我们提出的太阳电池参数提取方法是正确的。该方法将会在目前太阳电池参数提取技术的研究当中得到一定的推广。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种提取太阳电池参数的解析方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)测量太阳电池光照下的伏安特性曲线；
(2)结合太阳电池在短路情况、开路情况和最大功率点处的极值表述，建立太阳电池电流输出方程及其一阶微分求导方程的5个封闭代数方程组，解出太阳电池光生电流，反向饱和电流，理想因子，并联电阻和串联电阻5个电性参数，并获得计算时间；
(3)将上述5个电性参数代入太阳电池电流输出方程，全局拟合光照下的伏安特性曲线，获得拟合误差。
2.权利要求１所述的一种提取太阳电池参数的解析方法，其特征在于，步骤（2）中，建立太阳电池电流输出方程的一阶微分求导方程过程中，利用了太阳电池光生电流远大于反向饱和电流，太阳电池并联电阻远大于串联电阻以及太阳电池光生电流近似等于负的短路电流3个边界条件。
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