太阳能电池主要技术参数

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标准电池
主要技术参数
• 短路电流 Isc • 开路电压 Voc • 填充因子 FF(曲线因子) • 光电转换效率
η
• 最大功率 Pm(最佳工作点)
• 最大工作电流 Im
• 最大工作电压 Vm
• 太阳能电池温度系数 α 、β 、γ
二极管基础:
肖克莱方程式:
qV J J p J n J s exp k T 1 0
当负载 RL从0变化到无穷的时候,就可以根据上式画出太阳能 电池的负载特性曲线(伏安特性曲线)
曲线上的每一点称为工作点,工作点和原点的连线称为负载线, 斜率为:
U IR s) I I I I I I exp q(U IR ) nkT 1 ( ph D sh ph 0 s R sh
----Js为饱和电流密度
理想情况下等效电路:
I ph
ID
二极管光生电流
二极管漏电(暗电 流)
I I ph I D I ph I 0 expqV nkT 1
二极管正向电流:
I 0 为二极管反向饱和电流,其值等于在黑暗中通过PN结的少数载
流子的空穴电流和电子电流之和, q为电子电荷,U为等效二极管的端电压;K为波尔兹曼常数,T为绝 对温度;A为二极管的曲线因子,通常取值在1~2之间。
温度升高,短路电流少量增加,开路电压严重降低,因为开压与半导体材 料的禁带宽度有关,禁带宽度随温度变化而变化….
基本关系式:
1 FF=Pm/ (Voc Isc)=ImVm/ (Voc Isc)
2 Pm=Isc*Voc*FF 3 Pm=Im*Vm 4 Pout=AM*S *Eff 5 Eff=Pout/Pin=FF Voc Isc/1000S,S单位为m2


显然,当并联电阻Rsh越大,串联电阻越小,就越接近于理想的太阳 电池,电池的特性也就越好
Rs 和Rsh对IV曲线的影响:
பைடு நூலகம்
不同并联电阻下的IV曲线
不同串联电阻下的IV曲线
短路电流 Isc:
在一定温度和太阳光辐照度的条件下,太阳电池子在端电压为0时的输出电流
I I ph I D I ph I 0 expqV nkT 1
AM( air mass 大气质量)
为了描述大气吸收对太阳 辐照能量及其光谱的分布 的影响,引入大气质量, 如果把太阳当顶垂直于海 平面的太阳辐射穿过大气 高度作为一个大气质量, 则太阳在任意位置时大气 质量定义为从海平面看太 阳通过大气的距离与太阳 在天顶时通过大气距离之 比。
由图可知由于大气中不同成分气体的作用,在AM1.5时,相当一部分波长的 太阳光已被散射和吸收。其中,臭氧层对紫外线的吸收最为强烈;水蒸气对能量 的吸收最大,约20%被大气层吸收的太阳能是由于水蒸气的作用;而灰尘既能吸 收也能反射太阳光。
令V=0, 得到Isc = Iph 太阳电池的短路电流Isc与电池的面积有关,面积越大,短路 电流也越大 一般:单晶Isc=5.6A (125X125) 多晶Isc=8.1A (156X156)
开路电压Voc:
太阳能电池在空载情况下的端电压为太阳能电池的开路电压,用Uoc表示 对于一般电池,可以认为接近于理想太阳能电池,即Rs=0, Rsh=∞,令I=0,可得:
光电转换效率μ:
I mU m AP in
UmIm为改太阳能电池最大输出功率点对应的最佳工作电压 和最佳工作电流,A表示包括栅线在内的电池总面积,Pin 为单位面积入射光的功率。
Pm=Isc*Voc*FF
I mU m I scVoc FF APin APin
Pm,Im,Um:
P=UI,然后对乘积求极值
温度系数α,β,γ
电流温度系数:Isc I0 (1 T )
α =+(0.06~0.1)%/℃
电压温度系数:Uoc U0 (1 T )
β=—(0.3~0.4)%/℃
功率温度系数:Pmax P (1 T ) 0
γ=—(0.35~0.5)%/℃
随着温度升高,开路电压变小而短 路电流略微增大,导致转换效率的 降低。
U oc
I ph I ph AkT AkT ln( 1) ln q I0 q I0
可见:太阳电池的开路电压Uoc与太阳电池的面积大小无关, 一般单晶Uoc=0.62V, 多晶Uoc=0.615V
填充因子 FF:
FF
I mpVmp Voc I sc
Pm Voc I sc
FF是衡量太阳能电池输出特性的重要指标,是代表太阳能电池在带最 佳负载时,能输出的最大功率的特性,其值越大表示太阳能电池的输 出功率越大。FF的值始终小于1。
太阳能电池主要技术参数
测试简化电路:
太阳能电池测试曲线
标准测试条件
1
25℃,生产中使用的温度测量系统,准确度为±2℃
AM1.5 地面标准阳光光谱采用总辐射的AM1.5标准阳光光谱 1000W/m2 , 1000W/m2是标准测试太阳电池的光线的辐照 度。
2
3
太阳光伏能源系统标准化技术委员会(IEC—TC82)规定了标准测试条件:地面用太阳能电 池的标准测试条件为:测试温度:25±2℃,光源光谱辐照度1000W/m2,并且具有标准的 AM1.5太阳能光谱辐照度分布。
FF是一个重要的参数,反映太阳能电池的质量,串联电阻越大,短路 电流下降越多,填充因子也随之减少的越多;并联电阻越小,这部分 电流越大,开路电压就下降的越多,填充因子随之也下降的越多,太 阳能电池的串联电阻越小,并联电阻越大,填充因子也就越大,反映 到太阳能电池的电流-电压曲线上就是曲线接近正方形,此时太阳能电 池可以实现很高转换效率。 FF取决于入射光强、材料的禁带宽度、理想系数、串联电阻和并联电 阻等。 对于有合适效率的电池,该值应在0.70-0.85范围之内。
U IR s) R sh
串联电阻:
并联电阻:
Rsh 主要是电池边缘漏电,电池表面污染或耗尽区内的复合 电流引起,这几种电流构成漏电流。并联电阻越大,漏电流 就越小。
补充:
漏电流:我们都知道,太阳能电池片可以分 3 层,即薄层(即 N区),耗 尽层(即 PN 结),体区(即 P 区),对电池片而言,始终是有一些有害 的杂质和缺陷的,有些是硅片本身就有的,也有的是我们的工艺中形成的, 这些有害的杂质和缺陷可以起到复合中心的 作用,可以虏获空穴和电子, 使它们复合,复合的过程始终伴随着载流子的定向移动,必然会有微小的 电流产生,这些电流对测试所得的暗电流的值是有贡献的,由薄层贡献的 部分称之为薄层漏电流,由体区贡献的部分称之为体漏电流。
太阳能电池实际等效电路:
旁路电阻R sh的两端电压 :U sh (U IR ) s
旁路电阻R sh的电流:Ish (U IR ) / RL s
I I I I I I exp q(U IR ) nkT 1 ( ph D sh ph 0 s


串联电阻鱼骨图:
转换效率鱼骨图:
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