太阳能电池的仿真模型设计和输出特性研究

太阳电池的仿真模型设计和输出特性研究介绍。

第２９卷第１０期

电力自动化设备

Ｖ０１．２９Ｎｏ．１０

太阳能电池的仿真模型设计和输出特性研究

任航．叶林

（中国农业大学信息与电气工程学院，北京１０００８３）

摘要：在考虑了光照强度和电池温度２种因素对太阳能电池技术参数和输出特性影响的基础上，采用了太阳能电池的实用化数学模型．在电力系统电磁暂态软件平台ＥＭＴＰ／ＡＴＰ上利用ＭＯＤＥＬＳ语言和ＴＡＣＳ功能搭建了太阳能电池的通用仿真模型。该模型的功能主要是通过改变短路电流．开路电压，最大功率点电流、电压等太阳能电池板的技术参数．研究不同型号太阳能电池板的伏安特性和功率特性。并针对３组不同光照强度和电池温度．对太阳能电池板的伏安特性和功率特性进行了仿真研究。研究结果表明：随着光照强度的减小．太阳能电池板的最大输出功率也减小；随着电池温度的减小。太阳能电池板的最大输出功率呈上升态势。

关键词：太阳能电池；伏安特性；功率特性；电磁暂态仿真软件；ＭＯＤＥＬＳ语言；ＴＡＣＳ功能

文献标识码：Ａ中图分类号：ＴＭ６１５文章编号：１００６—６０４７（２００９）１０—０１１２—０４

模拟。在恒定光照下。一个处于工作状态的光电池，

０引言

光伏发电是根据光生伏特效应原理．利用太阳

能电池将太阳光能直接转化为电能。太阳能电池在无外加电压时．光照引起的载流子迁移会在Ｐ—Ｎ结两端产生光生电动势，即光伏效应。载流子迁移形成自Ｎ区向Ｐ区的光生电流．光生电动势相当于在Ｐ—Ｎ结两端加正向电压．从而在内部产生正向电流。在Ｐ—Ｎ结开路时．光生电流和正向电流相等时达到稳定态．在Ｐ—Ｎ结两端建立起稳定的电势差，这就是光电池的开路电压。如果将Ｐ—Ｎ结与外电路接通．在光照时就会有电流通过电路，此时Ｐ—Ｎ结相当于一个电流源：¨。

由于太阳能电池吸收光能的效率受外界条件的影响比较严重．因此建立通用的太阳能电池模型来研究外界条件对太阳能电池输出特性的影响。太阳能电池的理论模型已经比较成熟．但是，电力系统仿真分析软件平台中还没有通用的太阳能电池模型。

电磁暂态软件ＥＭＴＰ／ＡＴＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏ—Ｍａｇｎｅｔｉｃ

Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ

Ｐｒｏｇｒａｍ／Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ

Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ

Ｐｒｏｇｒａｍ）【２１

其光电流厶不随Ｔ作状态而变化，在等效电路中，可把它看作恒流源．光电流一部分流经负载．在负载两端建立端电压Ｕ．反过来它又正偏于Ｐ—Ｎ结．引起一股与光电流方向相反的暗电流，ｄ。引入串联电阻尺。和并联电阻尺小，形成一个较为接近实际的简化等效电路，如图ｌ所示。

图１光伏电池的等效电路图

Ｆｉｇ．１

Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ

ｃｉｒｃｕｉｔｏｆＰＶ

ｃｅｌｌ

如图ｌ所示．由太阳能光伏电池等效电路可得出公式【３】：

（１）

式中，为光伏电池的输出电流；氏为光生电流；厶

为流过内部并联电阻尺小的电流。站干ｌａ奄

，ｄ＝厶（一‘¨皿’７似‘ｎ—１）（２）

式中厶为二极管反向饱和电流（其数量级为１０ｒ４Ａ，

，＝如一，ｄ一厶

是广泛使用的电力系统分析软件平台。本文利用ＡＴＰ中ＭＯＤＥＬＳ语言和ＴＡＣＳ（ＴｒａｎｓｉｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＳｙｓｔｅｍｓ）功能对太阳能电池模型进行建模．进

而通过仿真分析深入研究太阳能电池的技术参数对其输出特性的影响。

Ｃｏｎｔｒｏｌ

１太阳能电池模型的建立

１．１

一般取，ｏ＝８×１０“Ａ）；Ｕ为负载端电压；ｋ为玻耳兹曼常数；尺。为串联电阻；ｒ为绝对温度；Ａ为Ｐ—Ｎ结的理想因子．当温度Ｔ＝３００Ｋ时。取值２．８；口为电子电荷。对式（１）中的气有

基于物理概念的数学模型的建立

太阳能电池的工作状态．可用一个等效电路来

收稿日期：２００９—０３—２６；修回１３期：２００９—０４—１２

厶：芝粤

Ⅱ｜ｌｌ

（３）

基金项目：国家“十一五”科技支撑计划研究项目（２００６ＢＡＪ０４８０３）：

教育部新世纪优秀人才资助计划（ＮＣＥＴ一０８—０５４３）：教育部科学技术重点研究项目（１０９０１７）

式中Ｒ幽为并联电阻。

将式（２）（３）代入式（１），可得光伏电池输出电流

万方数据

太阳电池的仿真模型设计和输出特性研究介绍。

第１０期

Ｉ

ＩＩ

Ｉ

Ｉ

任航．等：太阳能电池的仿真横犁设计和输ｆ｝｛特件研究

＠

ＩＩ●—■●■——■●—●■—●————●—■●■■■■——●—■●—■●■●—●—＿——■＿——＿—●＿—●＿■—■—＿●———■—■—＿—＿—●—＿——●—●—■■■———■■—■—■●■—■■—■●＿■————●

表达式［４］为

，：‘一ｌｏ（ｅｅ（Ｕ＋／Ｐｕ）／ＭｋＴ）－－１）一！掣坠

（４）

／ＩｓＩｌ

式（４）为基于物理原理的最基本的解析表达式．已被广泛应用于太阳能电池的理论分析中．但由于表达式中的参数“、，０、Ａ、尺小和尺。不属于供应商向用户提供的技术参数。它们不仅与电池温度和光强有关．而且难以明确，因此不适用于光伏发电系统工程设计．

１．２太阳能电池的实用化数学模型的建立

实用性模型即所谓的工程模型。引．通常采用供应商提供的几个重要技术参数，如短路电流Ｌ、开路

电压以、最大功率点电流，ｍ、最大功率点电压巩、最

大功率点功率Ｐｍ，能在一定的精度下复现太阳能电池特性，并便于计算机分析。在ＥＭＴＰ／ＡＴＰ中，在基本解析表达式（４）的基础上，通过忽略（Ｕ＋ＩＲ。）／Ｒ吐Ｉ项和设定ｋ＝Ｌ，得到太阳能电池的实用化模型。忽略（Ｕ＋ＩＲ。）／Ｒ小项，是因为在通常情况下Ｒ小较大，有几百到几千欧姆，该项远小于光电流；设定厶＝Ｌ，是因为在通常情况下尺、远小于二极管正向导通电阻。按以上简化方法设立中间系数Ａ、Ｂ。可将太阳能电池的＿，一Ｕ方程可简化为［６］

，＝蹦１一Ａ（ｅＵ／（Ｂｕ＊’一１）］

（５）

并通过定义：

ａ．开路状态下，Ｉ＝０，Ｕ＝魄；

ｂ．最大功率点，Ｕ＝巩，，＝Ｌ；计算得到参数Ａ、８的值。

在最大功率点时，Ｕ＝Ｕｍ，，＝，ｍ，可得到式（６）：

，巾＝ｋ［１一Ａ（ｅ％７‘％’一１）］（６）

由于在常温条件下ｅ％，（‰）远大于１．从而得出：

Ａ＝ｌｌ一笋Ｉｅ－％“肌’

（７）

＼

Ｊ船／

注意到开路状态下，当Ｉ＝０时，Ｕ＝“，并把式（７）代

人式（５）得到：

０＝气［１一（１一，瑚／厶）ｅ一％／（ＢＵ＊’（ｅ１席一１）】

（８）由于ｅｌ他远大于１，得出：

曰＝（告一 ）Ｉｎ１一每）］＿１

（９）

因此．本模型只需要输入太阳能电池通常的技

术参数Ｌ、酞、Ｌ、砜，就可以根据式（５）确定电池模

型的，一Ｕ特性。１．３光照强度和电池温度对电池技术参数影响

根据参考日照强度和参考电池温度下的ｔ、以、，ｍ、乩推算出新日照强度和新电池温度下的尼、阮、丘、

Ｕ二，再代入实用表达式得到新日照强度和新电池温度下的Ｊ—Ｕ特性曲线［”。

＆＝ｔ一钿（１０）ＡＳ＝Ｓ／Ｓｄ一１（１１）最＝ｋ（ｓ／ｓｄ）（１＋ａＡｔ）（１２）

以＝以（１一ｃａｔ）（１＋ｂＡＳ）

（１３），：＝ｌｍ（ｓ／％）（１＋ａｈｔ）

（１４）

以＝巩（１一ｃａｔ）（１＋ｂＡＳ）

（１５）

万方数据

推算过程中ｔ村为标准电池温度取值为２５℃，Ｓ耐为标准日照强度取值ｌｋＷ／ｍｚ。假定，一Ｕ特性曲线基本形状不变，系数ａ，ｂ、ｃ可取典型值１８１：ａ＝Ｏ．００２５／℃，

ｂ＝０．５／ｏＣ。ｃ＝Ｏ．００２８８／℃。２

基于ＥＭＴＰ／ＡＴＰ的太阳能电池板模型

２．１变量输入模块的建立

首先，根据太阳能电池的特点：将太阳辐射强度和电池温度作为其模型的输入变量．在ＡＴＰＤｒａｗ中建立电池板变量输入的模型。用ＭＯＤＥＬＳ语言根据式（１０）（１１）编写变量模块．光强Ｓ和电池温度ｔ为实时数据．其主要作用是根据标准光强和电池温度对实际光强和电池温度进行修正（如图２所示）ｉ

鲞袭？ｊ塑巫埒恒堕堕芦

图２变量输入模块

Ｆｉｇ．２

Ｍｏｄｕｌｅｏｆ

ｉｎｐｕｔｖａｒｉａｂｌｅｓ

２．２电池技术参数修正模块

电池板输入参数模型是依据式（１２）～（１５）对４

个输入分量Ｌ、“、，ｍ、玑分别建模，并根据前一级光

强和温度的修正值ＡＳ和血．把由电池厂商所提供的电池板技术参数转换为实际工程参数卫、Ｕ０、，二、

叱。本文采用ＥＭＴＰ／ＡＴＰ建模时．在分量作为下一

级输入之前．需要把ＭＯＤＥＬＳ输出节点转换成ＴＡＣＳ控制节点…．以将输入数据传递给电池模块进行计算（如图３所示．图中的ＭＯＤ—ＴＡＣ模块为节点转换模块）。

电池参数修正

开路电压瞻

莲曼鲴

ｌＩ垦奎竺皇皇堕生Ｉ

卦

丘一以一矗一以一

拦黑

图３技术参数输入模块

Ｆｉｇ．３Ｍｏｄｕｌｅｏｆｔｅｃｈｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ

中间系数Ａ、Ｂ为太阳能电池实用化简化过程

中所设立的中间变量．其结果需要利用修正后的电

池参数疋、Ｕ：、，二、巩，并根据公式（７）（９）计算得出。

利用ＭＯＤＥＬＳ语言和ＴＡＣＳ功能进行建模，其中雎、

￡，０、，二、“首先作为模块曰的输入量，之后再和８的输

出一起作为模块Ａ的输入．从而得出２个系数值（如图４所示．Ｍ为数值检测器可以检测到该节点的实时数据）。

２．３电流和功率模块

简化后的公式（５）是电流，模块的数学模型．根据其需要的输入量利用ＭＯＤＥＬＳ语言进行建模。其中Ｆ模块为实施数值输入模块．其和图４中的数值检测器Ｍ相对应。把实时数据只、Ｕ二、Ａ、Ｂ和检测到的负载电压共同作为电流模型的输入量。然后结合

输出电流和负载电压根据Ｐ＝彤建立功率模块并连

接。电压与电流的输入同样需要进行节点转换．将电

太阳电池的仿真模型设计和输出特性研究介绍。

图４中间系数Ａ、Ｂ计算模块

Ｆｉｇ．４Ｍｏｄｕｌｅｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ

ｍｏｄｅｌＡａｎｄＢ

气量转换为ＴＡＣＳ控制信号作为功率特性的输入。

加入ＭＯＤ－－－ＴＡＣ模块后．并在电流和功率的输出端添加数值检测器Ｍ．以检测到该点的实时数据用于仿真研究（如图５所示）。

Ｕ！ｊ

—ＭｏＤ＋ＴＡｃ卜＿

同曰自卜

以盱

输出

电流，

博ＬＪ

＂－＇｛ＭＯＤ—ＴＡＣ卜Ｔ

图５太阳能电池的输出电流与功率模块

Ｆｉｇ．５

Ｍｏｄｕｌｅｏｆｏｕｔｐｕｔ

ｃｕｒｒｅｎｔ

ａｎｄ

ｐｏｗｅｒ

２．４太阳能电池物理仿真系统示意图

将本文所做的变量输入模块、电池参数修正模块、中间系数计算模块以及电流和功率模块通过ＴＡＣＳ里的一些基本数学运算模型进行连接后．构成了太阳能电池的ＥＭＴＰ整体模型（如图６所示）。

丘，以，Ｌ。以

负载电压

塞墨Ｕ电池技术参数Ｌ一中间系数

模块一Ｌ，以，Ｌ，比Ｈ

Ａ，Ｂ

毛７可赢

电流输出Ｈ负载ｌ

功率检测ｌ÷一电压

图６太阳能电池物理仿真系统示意图

Ｆｉｇ．６

Ｐｈｙｓｉｃａｌ

ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

ｓｙｓｔｅｍｏｆＰＶ

ｃｅＵ

３仿真研究和结果分析

３．１输出特性

仿真输入的电池数据．选取的是典型太阳能电池参数。在实际仿真中．可以根据电池生产厂商所提供的技术数据进行修改。改为对应的电池参数。太阳光辐射强度取为ｌｋＷ／ｍ２．环境温度选取２５℃．最大输出Ｐ眦为１０８．２Ｗ，最大工作电压“为３６．２Ｖ，最大Ｔ作电流，ｍ为２．９９Ａ，开路电压以为４３．５Ｖ，短路电流Ｌ为３．２８Ａ。

根据以上建立的光伏电池实用化模型．在输出端电流，和功率Ｐ点设置探测器Ｍ．可以得出相应的实验数据．并分析输出后的，一Ｕ特性曲线和Ｐ—Ｕ特性曲线（见图７）。

从得出的数据曲线可以看出该模型所表现出的，一Ｕ特性和Ｐ—Ｕ特性。并且通过计算分析可以得出

万方数据

４１２０

≤２～

专６０

Ｑ＿

０

０

２０

４【）

６‘）

２０

４‘）

６【）

Ｕ／ＶＵ／Ｖ

（ａ）伏安特性曲线

（ｂ）功率特性曲线

图７特性曲线

Ｆｉｇ．７

Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ

ｃｕｒｖｅｓ

最大功率值为１０８．３３４Ｗ与典型模块所给出数据基本吻合。３．２光强和电池温度对，一Ｕ及Ｐ—Ｕ特性的影响

首先．为了研究光照强度对２种特性的影响，选取３组不同的光强，分别是Ｓｌ＝ｌ０００Ｗ／ｍ２，＆＝８００Ｗ／ｍｚ。Ｓ３－６００Ｗ／ｍ２。电池的其他技术参数不做更改，温度设为２５℃。输出结果如图８所示。

４

１２０

≤２～

霎６０

０

Ｏ

２０

４０

印２０

４０６０

Ｕ／Ｖ

Ｕ，、

（ａ），一Ｕ特性曲线（ｂ）Ｐ—Ｕ特性曲线

图８光强变化对特性曲线的影响

Ｆｉｇ．８

Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｏｌａｒｒａｄｉａｔｉｏｎ

ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ

ｏｎ

ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ

ｃｕｒｖｅｓ

并通过计算可以得出３个光强对应的不同最大时输出功率分别为１０８．３３４、７８．００１、５２．０００Ｗ。由此可以看出：随着光强的减小。太阳能电池板的最大输出功率也减小。

再研究电池温度对２种输出特性的影响。输入３组不同的电池温度值，分别是ｔ１．２５℃。￡：＝３０ｏＣ。ｔ，＝３５℃。其他技术参数不变，光强为Ｓ＝１０００Ｗ／ｍ２。

如图９所示．通过计算得出３个电池温度所对应的最大功率值分别为１０８．３３４、１０８．１０９、１０７．８４５Ｗ。可见，太阳能电池板输出的最大功率是随着电池温度的增加而减小的。但是，电池温度对于太阳能电池板的输出功率变化的影响不如光强影响那么明显。

４

１２０

≤２～

孽６０

钆

Ｏ

０

２０

４０

６０２０

４０６０

Ｕ，、

Ｕ／Ｖ

（ａ），一￡，特性曲线

（ｂ）Ｐ—Ｕ特性曲线

图９电池温度变化对特性曲线的影响Ｆｉｇ．９Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｅｌｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

ｏｎ

ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ

ｃｕｒｖｅｓ

４

结论

本文通过对太阳能电池数学模型的研究．在电力系统电磁暂态软件ＥＭＴＰ／ＡＴＰ仿真平台上．建立了太阳能电池的实用化模型．并利用该模型对太阳能电池的输出特性进行了仿真研究．验证了该模型

太阳电池的仿真模型设计和输出特性研究介绍。

的有效性。应用本文所开发的通用模型可以对太阳能电池在不同光强和电池温度下的伏安特性和功率特性进行详细的分析研究．不但扩充了ＥＭＴＰ／ＡＴＰ软件的元件库．而且也为应用多仿真平台研究太阳能电池工作特性提供了新的手段。参考文献：

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（责任编辑：康鲁豫）

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｙｓｔｅｍＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ。２００５，１７（５）：１２４８一１２５１．

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作者简介：

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Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ

Ｐｏｗｅｒ

任航（１９８２一），男．河北承德人，硕士研究生，目前从事

新能源发电方面的研究工作（Ｅ．ｍａｉｌ：ｔｉｄｕｓ＿ｓｓ＠１６３．ｃｏｒｎ）；

叶林（１９６８一），男。湖北武汉人，教授，博士研究生导

Ｓｏｕｒｃｅｓ，２００７，３１（１１）：８９７—９０１．

师。长期从事电力系统自动化、新能源发电与超导电力应用等领域的科研和教学工作（Ｅ．ｍａｉｌ：ＹＬ＠ｃａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ）。

［８］苏建徽，余世杰，赵为，等．硅太阳电池工程用数学模型［Ｊ］．太阳

Ｏｕｔｐｕｔｃｈａｒａｅｔｅｒｉｓｆｉｃｓｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｅｃｅｌｌ

ｂａｓｅｄ

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ｆｕｎｃｔｉｏｎ

万方数据

太阳电池的仿真模型设计和输出特性研究介绍。

太阳能电池的仿真模型设计和输出特性研究

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

任航， 叶林， REN Hang， YE Lin

中国农业大学,信息与电气工程学院,北京,100083电力自动化设备

ELECTRIC POWER AUTOMATION EQUIPMENT2009，29(10)0次

参考文献(15条)

1.任驹.郭文阁.郑建邦 基于P-N结的太阳能电池伏安特性的分析与模拟 2006(02)

2.KIM C H.LEE M H.AGGARWAL R K Educational use of EMTP models for the study of a distance relayingalgorithm for protecting transmission lines 2000(02)

3.吴海涛.孔娟.夏东伟 基于Matlab/Simulink的光伏电池建模与仿真 2006(04)4.成志秀.王晓丽 太阳能光伏电池综述 2007(02)

5.饶建业.李永东.李谦 太阳能电池阵模拟器的设计和研究 2007(09)6.温嘉斌.刘密富 光伏系统最大功率点追踪方法的改进 2009(06)

7.吴忠军.刘国海.廖志凌 硅太阳电池工程用数学模型参数的优化设计 2007(11)8.苏建徽.余世杰.赵为 硅太阳电池工程用数学模型 2001(04)

9.李鹏程.叶林 基于EMPT/ATP的双馈式风力发电系统的模型与实现 2009(14)10.赵志强.穆桂霞.赵双喜 新型太阳能逆变控制器研制 2006(08)

11.SALAMEH Z.MULPUR A K.DAGHER F Two-stage electrical array reconfiguration controller for PV-powered water pump 1990(01)

12.MUTOH N.OHNO M.INOUE T A method for MPPT control while searching for parameters corresponding toweather conditions for PV generation systems 2006(04)

13.SUKAMONGKOL Y.CHUNGPAIBULPATANA S.ONGSAKUL W A simulation model for predicting the performance ofa solar photovoltaic system with alternating current loads 2002(27)14.栗秋华.周林.刘强 光伏并网发电系统最大功率跟踪新算法及其仿真 2008(07)15.茆美琴.余世杰.苏建徽 带有MPPT功能的光伏阵列Matlab通用仿真模型 2005(05)

相似文献(10条)

1.期刊论文 廖申雪.钟宇明.刘家恒.刘家恒.LIAO Shenxue.ZHANG Lei.HUANG Zhichang.HUANG Zhichang 太阳能综合利用教学、实训装置的研发(Ⅴ)——太阳能电池伏安特性测绘 -深圳职业技术学院学报2009,8(1)

本文为"太阳能综合利用教学、实训装置的研发"系列文章(V)--太阳能电池伏安特性测绘的实训,主要介绍太阳能光伏发电系统的实训项目和操作.以实训项目太阳能电池伏安特性测绘为例,展示了怎样利用本装置进行实训教学(太阳能电池阵列的实际连线、伏安特性测试及曲线描绘的实际操作步骤等),并以丰富的实验结果展示了不同外界条件下各种太阳能电池的伏安特性.

2.期刊论文 孙玲.罗向东.常志强.Sun Ling.Luo Xiangdong.Chang Zhiqiang 单晶Si太阳能电池工艺仿真与性能分析 -半导体技术2010,35(3)

日益成熟的集成电路工艺与器件计算机辅助设计工具有助于缩短半导体工艺和器件的开发周期、降低开发成本,因而越来越被广泛应用.基于TCAD工具,给出了一种简单pn结太阳能电池的工艺过程,详细介绍了其短路电流、开路电压、填充因子以及转换效率等性能参数的仿真方法,并以P型衬底上单晶Si太阳能电池为例,分别讨论了其伏安特性、光谱特性、照度特性和温度特性.与实验方法相比较,基于TCAD的辅助设计方法对加快国内太阳能电池工艺的技术发展将起到积极的作用.

3.期刊论文 任驹.郭文阁.郑建邦.Ren Ju.Guo Wenge.Zheng Jianbang 基于P-N结的太阳能电池伏安特性的分析与模拟 -光子学报2006,35(2)

通过分析实际P-N结与理想模型之间的差别,建立了P-N结二极管及太阳能电池的数学模型;利用Matlab中的系统仿真模块库建立仿真模型,设置参量,求解模型方程并绘制了图形.对太阳能电池在一定光照下旁路电阻及串联电阻取不同数值时对其开路电压、短路电流及填充因子的影响做了模拟,并与实际测得的硅太阳能电池伏安特性进行了比较.模型分析与实验测量的结果表明:等效的旁路电阻和串联电阻分别影响电池的开路电压和短路电流.仿真结果与实验测量结果一致.

太阳电池的仿真模型设计和输出特性研究介绍。

4.期刊论文 陈建.张月兰.钟菊花.罗锻斌 太阳能电池特性实验中的计算机辅助测量 -大学物理实验2010,23(2)

利用计算机和Labcoder数据采集分析系统,对传统的"太阳能电池伏安特性测量"实验进行改进.利用改进后的实验装置,太阳能电池在光照下随着负载的改变,实现了输出电流和电压的动态实时采集,提高了实验效率.

5.学位论文 刘春平 染料敏化纳米晶TiO<,2>多孔膜电极的制备及其性能研究 2006

能源危机与环境污染是人类21世纪面临的两大挑战。太阳能的利用是解决这两大问题的最有效途径。染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized SolarCell，DSC)作为一种新型的光电化学太阳能电池以其制作工艺简单，成本低，性能稳定等特征而成为研究的热点。本文对染料敏化太阳能电池纳米品TiO<,2>薄膜电极采用基底电沉积前处理、掺杂大颗粒纳米粒子、TiCl<,4>后处理、纳米粒子的形貌设计以及降低基板电阻等手段来提高电极光电性能，制备了在AMl.5模拟太阳光、376W/m<'2>光照强度下，光电转化效率超过8﹪染料敏化太阳能电池。

采用醇盐水解法制各纳米TiO<,2>溶胶，经浓缩，添加聚乙二醇(PEG)，通过丝网印刷和450℃热处理后制备了纳米晶多孔TiO<,2>薄膜电极，研究了PEG添加量对电极形貌结构和光电性能的影响；研究了不同丝网印刷层数对光电性能的影响；研究了在制备纳米晶多孔TiO<,2>薄膜电极之前，对导电玻璃进行电化学预处理对电极光电性能的影响；研究了在纳米TiO<,2>溶胶中掺杂大颗粒TiO<,2>粒子对电池光电性能的影响；研究了对薄膜电极TiCl<,4>后处理对电极光电性能的影响；研究了几种改性方法协同作川对电极性能的影响。优化的电极得到转化效率为4.33﹪的光电转化效率。 采用水热合成法制各了TiO<,2>纳米管，研究了纳米管在400℃和450℃热处理lh后的结构和晶相，纳米管经400℃热处理后仍保持管状结构；

450℃热处理后得到了纳米棒结构。将TiO<,2>纳米管以不同比例与从DYESOL购买的TiO<,2>浆料混合，制备了纳米管复合电极。该类纳米管复合电极表现了良好的光电性能，有效面积为1cm<'2>、摩尔比纳米管：纳米粒=1：1的纳米管复合电极达到了8.22﹪的光电转化效率，明显高于单用DYESOL购买的TiO<,2>浆料所制备的电极(4.64﹪)。将TiO<,2>纳米棒与Degussa公司P25混合制备了纳米棒复合电极，但没有得到性能明显高于单纯使用P25时的结果。 对染料敏化太阳能电池直流条件下的等效电路进行伏安特性分析，定性地讨论了串联电阻R<,S>和并联电阻R<,Sh>对电池性能的影响；在R<,s>=0和R<,sh>=∞边界条件下，通过对电池I-V曲线的数值模拟，直观地表现了不同电池串联电阻、并联电阻和理想因子对电池开路电压(V<,oc>)、短路电流(I<,sc>)和填充因子(FF)的影响。通过使用不同的导电基板ITO(氧化铟，氧化锡导电玻璃)和FCO(F掺杂二氧化锡导电玻璃)及在其表面印刷银线米改变基板电阻，制备染料敏化电极进行测试，比较不同基板对V<,oc>、I<,sc>和FF的影响并与数值模拟的结果相比较。最后在以表面印刷了银线的FCO为基板的电极上得到了8.01﹪光电转化效率，用四羧基酞菁锌敏化同样的电极，其V<,oc>为525mV，I<,sc>为0.409mA/cm<'2>，FF为0.672，光电转化效率达到了0.381﹪。

6.期刊论文 孙园园.肖华锋.谢少军.SUN Yuan-yuan.XIAO Hua-feng.XIE Shao-jun 太阳能电池工程简化模型的参数求取和验证 -电力电子技术2009,43(6)

基于太阳能电池的单二极管等效电路,分析了太阳能电池的工程简化模型,根据厂家提供的标准测试条件下的4个参数,给出了两种详细的模型参数求取方法.针对这两种方法,采用Matlab/Simulink仿真软件分别建立了仿真模型,最后将仿真结果与实际太阳电池阵列的测鼍结果进行了比较.仿真和实验结果表明,利用这两种模型参数确定方法.单二极管等效电路模型能够较准确地模拟太阳能电池随光照和环境温度变化的输出伏安特性,误差一般都在6%以内,可以满足绝大多数工程应用的精度要求.

7.期刊论文 朱炜锋.张宇祥.王文静.ZHU Weifeng.ZHANG Yuxiang.WANG Wenjing 采用滞环比较法实现太阳能电池的最大功率追踪 -现代电子技术2006,29(14)

通过对太阳能电池伏安特性及功率电压曲线的分析,结合光伏并网系统的特性和太阳能电池的最大功率点的跟踪原理,并提出了一种采用软件实现太阳能电池最大功率点追踪的方法.与普通的登山法相比,该方法能够准确快速地跟踪到太阳电池的最大功率点,避免了在最大功率附近因扰动而造成功率损失,并具有较好的稳定性.

8.学位论文 杨大勇 取向纳米碳管的制备及纳米碳电极材料的研究 2009

本论文主要研究内容如下：

1.取向碳纳米管阵列的制备与实验参数对其生长的影响采用旋涂法和磁控溅射法，分别在硅片、普通玻璃片、石英片等基底上制备催化剂膜。实验结果表明，以硅片为基底，旋涂Fe（NO3）3、Co（NO3）2和Ni（NO3）2溶液烘干热分解后，在N2-H2环境下处理30min可以得到分布均匀、粒径为纳米量级的催化剂膜。其中，溶液浓度对催化剂颗粒分布密度的影响较大，1mol/L的Ni（NO3）2溶液制备的催化剂颗粒分布密集且均匀，粒径在30～50nm之间，适合用于制备取向碳纳米管阵列膜。采用磁控溅射法在硅基底上制备Fe催化剂膜。实验表明，催化剂颗粒随溅射时间的增加而分布更加密集，粒径也随之增加。当溅射时间为10min时制得的催化剂膜分布均匀，粒径在纳米量级，制得的取向碳纳米管阵列膜分布致密，且方向性好。取向碳纳米管阵列膜与催化剂颗粒大小、催化剂种类、衬底温度、沉积时间，以及气体流量比等参数，都有着重要的的关联。通过实验以及数据分析，制备取向碳纳米管阵列膜的适宜工艺条件为：气压：28Pa，气体质量流量比：CH4：N2：H2=150：25：25，衬底温度：500℃，射频功率：200W，反应时间：60min；

2.导电基底取向碳纳米管阵列膜的超级电容器性能泡沫镍基底上生长的取向碳纳米管阵列膜电极的交流阻抗测试结果显示，在频率较低时表现出较为理想的电容特性，高频段曲线圆弧表明取向碳纳米管的内阻比较大，约为141.6Ω。

通过研究取向碳纳米管的循环伏安特性和恒流充放电特性，碳纳米管具有理想的双电层特性。在200mA/g的充放电电流下，获得了90.7F/g的比容量。电极的比容量在经500次循环之后保持率为91.4％，充放电效率接近95％，表现出较长的循环寿命和良好的循环稳定性；

3.碳材料作为染料敏化太阳能电池（DSSCs）对电极材料的应用通过将热CVD法制备的纳米碳粉（碳对电极A）、炭黑粉体（碳对电极B）、非取向多壁碳纳米管（碳对电极C）和HF-RF-PECVD法制备而成的取向碳纳米管阵列膜（碳对电极D）四种碳材料，利用相关工艺在FTO导电玻璃上制成DSSCs的对电极，并用之组装而成DSSCs电池。

对其分别进行表面电阻、循环伏安以及光电性能测试，并与标准Pt电极（电极E）制成的DSSCs电池性能进行比较。

通过数据得到结论：Ⅰ-Ⅴ曲线显示光电性能E>C>D>B>A。说明由于纳米级碳材料，由于具有更大的比表面积和更高的催化活性，适合作为DSSCs对电极材料，并有望取代昂贵的Pt金属电极。

9.期刊论文 硅光电池特性的实验研究 -实验技术与管理2009,26(9)

硅光电池是不需外加电源而直接把太阳辐射能转换为电能的器件,其中应用最广的是硅光电池.应用电学与光学的一些重要实验手段及数据处理方法,对硅光电池的伏安特性、负载特性、光电特性和温度特性作了初步的分析和研究.

10.学位论文 邱丽荣 SGC-3系列太阳能电池测试设备 2000

该文论述了国内外太阳电池测试设备的发展概况、新型闪光灯的理论基础,介绍了该测试设备的设计思想和具体实现方法,对测试电路的硬件设计进行了分析与介绍,并提及了相应测试软件的设计思想和方法.通过对测试结果的分析表明,该文所论述的测试设备基本上达到了设计要求.SGC-3系列太阳电池测试设备,与国内外现有测试设备相比,具有独特的先进光源、智能化程度高、高效率、低成本、低功耗等特点.现已交付国内某单位太阳电池组件生产线使用,获得了良好的测试结果.

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