CN108280287A - 一种太阳能电池参数提取的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能电池参数提取的算法。其基本特征在于，包含以下步骤：1)根据基尔霍夫电流定律得到理想的单二极管太阳能电池等效电路的电流电压特性方程，建立太阳能电池单二极管模型；2)利用单二极管模型中J～V曲线获得参数(开路电压Voc、短路电路Jsc、并联电阻Rsh和moc)来提取未知参数(理想因子n、反向饱和电流J0、串联电阻Rs)；3)通过测量太阳能电池在不同的透过光照下的Jsc、Voc和moc测量值绘画出相应的曲线来确定未知参数Rs、n和J0的值。

Description

一种太阳能电池参数提取的方法
技术领域
本发明属于太阳能参数计算领域，特别涉及一种太阳能电池参数提取的方法。
背景技术
由于环境污染的日益严重以及化石燃料的日益枯竭，对可再生能源的研究称为各国关注的重点。太阳能因其资源丰富、清洁无污染等优势，成为国际认可的理性代替能源。光伏发电系统的核心，成为国内外学者研究的热点。光伏电池是光伏发电系统的核心。合适的光伏电池模型对于光伏测试仪的设计与制造，以及电池系统的评估具有重要的意义。
基于太阳能电池电流曲线的主流参数提取方法，一般包括启发式算法和拟合优化算法。前一种算法精度高，但是计算时间特别长，而且容易导致不收敛；后一种算法一般都假设并联电阻Rsh为无穷大，以简化分析。但实际上并联电阻的作用并不能忽略，这将导致提取出来的串联电阻Rs、理想因子n和饱和电流密度J0值精度不够高，因此，本文提出了一种参数提取方法，使太阳能电池能够从不同光强下的电流曲线中通过数值和曲线拟合技术，精确提取串并联电阻、理想因子和饱和电流密度，而不用假设并联电阻无穷大。
在评估太阳能电池系统中，首先要做的就是模型参数的确定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能电池参数提取的方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种太阳能电池参数提取的方法，包括以下步骤：
步骤一：根据基尔霍夫电流定律得到理想的单二极管太阳能电池等效电路的电流电压特性方程，建立太阳能电池单二极管模型：
步骤二：利用单二极管模型中J～V曲线获得参数：开路电压Voc、短路电路Jsc和并联电阻Rsh，来提取未知参数：理想因子n、反向饱和电流J0和串联电阻Rs。
进一步的，所述步骤一中，理想的单二极管太阳能电池等效电路的电流电压特性方程建立单二极管模型：
其中：V为太阳能电池实时输出的电压值，单位为V；J为太阳能电池实时输出的电流密度，单位为A/m2；Jph为太阳能电池的光生电流密度，单位为A/m2；J0为太阳能电池中二极管的反向饱和电流密度，单位为A/m2；q为电子电荷；n为二极管的理性因子；k为波尔兹曼常数；T为太阳能电池的温度，Rs和Rsh分别为太阳能电池等效的串联电阻和并联电阻。
进一步的，所述步骤二中，提取未知参数，包括如下步骤：
对于公式(1)进行微分dI/dV，则有
令V＝Voc，I＝0，dI/dV应用于开路，记为moc，则
利用公式(1)给出短路电流和开路电流条件下的模型公式，分别为公式(4)、(5)；
结合公式(3)和(5)，我们可以得到
如果公式(6)中并且那么
利用公式(4)减去公式(5)消去Jph与J0得到以公式：
此时并且
因此公式(8)可以化简为公式(9)；
将公式(9)带入公式(7)中，我们就可以得到
进一步的，公式(7)、(10)，我们通过测量太阳能电池在不同型号组件下J～V曲线获取不同的透过光照的Jsc，Voc，Rsh和moc -1测量值绘画出相应的点图来确定位置参数Rs，n和J0的值。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
首先，由于同时提取Rs、Rsh、n、J0，获得完整的太阳能电池单二极管模型，可以更好描述电池；同时由于参数提取过程基于不同光强下的电流特性，避免了单次测量的噪声，使参数提取结果更加精确；再次，通过对测量值线性拟合的方式开展参数提取，进一步降低了测量误差的影响；最后，本方法操作方便，无需迭代，简单实用。
附图说明
图1为(Jsc-Voc/Rsh)-1与的点图；
图2为exp(-qVoc/nkT)与的点图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1和图2，一种太阳能电池参数提取的方法，包括以下步骤：
步骤一：根据基尔霍夫电流定律得到理想的单二极管太阳能电池等效电路的电流电压特性方程，建立太阳能电池单二极管模型：
步骤二：利用单二极管模型中J～V曲线获得参数：开路电压Voc、短路电路Jsc和并联电阻Rsh，来提取未知参数：理想因子n、反向饱和电流J0和串联电阻Rs。
所述步骤一中，理想的单二极管太阳能电池等效电路的电流电压特性方程建立单二极管模型：
其中：V为太阳能电池实时输出的电压值，单位为V；J为太阳能电池实时输出的电流密度，单位为A/m2；Jph为太阳能电池的光生电流密度，单位为A/m2；J0为太阳能电池中二极管的反向饱和电流密度，单位为A/m2；q为电子电荷；n为二极管的理性因子；k为波尔兹曼常数；T为太阳能电池的温度，Rs和Rsh分别为太阳能电池等效的串联电阻和并联电阻。
所述步骤二中，提取未知参数，包括如下步骤：
对于公式(1)进行微分dI/dV，则有
令V＝Voc，I＝0，dI/dV应用于开路，记为moc，则
利用公式(1)给出短路电流和开路电流条件下的模型公式，分别为公式(4)、(5)；
结合公式(3)和(5)，我们可以得到
如果公式(6)中并且那么
利用公式(4)减去公式(5)消去Jph与J0得到以公式：
此时并且
因此公式(8)可以化简为公式(9)；
将公式(9)带入公式(7)中，我们就可以得到
公式(7)、(10)，我们通过测量太阳能电池在不同型号组件下J～V曲线获取不同的透过光照的Jsc，Voc，Rsh和moc -1测量值绘画出相应的点图来确定位置参数Rs，n和J0的值。
假定对太阳能0802组件进行了测试，通过不同的透过光照的J～V曲线，通过横坐标的斜率计算出Moc -1的值。
根据基尔霍夫电流定律得到理想的单二极管太阳能电池等效电路的电流电压特性方程建立单二极管模型：
对二极管模型进行处理微分、消元处理得
通过式(11)做出图1，对该点图进行线性拟合，与纵坐标的截距就是Rs，通过斜率可以提取出理想因子n。
通过式(12)做出图2，对该点图进行线性拟合，通过斜率并结合得出的理性因子，可提取出反向饱和电流密度J0。
以上显示和描述了本发明的提取算法。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (4)

1.一种太阳能电池参数提取的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：根据基尔霍夫电流定律得到理想的单二极管太阳能电池等效电路的电流电压特性方程，建立太阳能电池单二极管模型：
步骤二：利用单二极管模型中J～V曲线获得参数：开路电压Voc、短路电路Jsc和并联电阻Rsh，来提取未知参数：理想因子n、反向饱和电流J0和串联电阻Rs。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池参数提取的方法，其特征在于，所述步骤一中，理想的单二极管太阳能电池等效电路的电流电压特性方程建立单二极管模型：
其中：V为太阳能电池实时输出的电压值，单位为V；J为太阳能电池实时输出的电流密度，单位为A/m2；Jph为太阳能电池的光生电流密度，单位为A/m2；J0为太阳能电池中二极管的反向饱和电流密度，单位为A/m2；q为电子电荷；n为二极管的理性因子；k为波尔兹曼常数；T为太阳能电池的温度，Rs和Rsh分别为太阳能电池等效的串联电阻和并联电阻。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池参数提取的方法，其特征在于，所述步骤二中，提取未知参数，包括如下步骤：
对于公式(1)进行微分dI/dV，则有
令V＝Voc，I＝0，dI/dV应用于开路，记为moc，则
利用公式(1)给出短路电流和开路电流条件下的模型公式，分别为公式(4)、(5)；
结合公式(3)和(5)，我们可以得到
如果公式(6)中并且那么
利用公式(4)减去公式(5)消去Jph与J0得到以公式：
此时并且
因此公式(8)可以化简为公式(9)；
将公式(9)带入公式(7)中，我们就可以得到
4.根据权利要求3所述的一种太阳能电池参数提取的方法，其特征在于，公式(7)、(10)，我们通过测量太阳能电池在不同型号组件下J～V曲线获取不同的透过光照的Jsc，Voc，Rsh和moc -1测量值绘画出相应的点图来确定位置参数Rs，n和J0的值。
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