电池组件技术参数功率输出特性分析

电池组件技术参数功率输出特性分析

1.电池主要参数指标

与硅太阳能电池的主要性能参数类似，太阳能电池组件的性能参数也主要有：短路电流、开路电压、峰值电流、峰值电压、峰值功率、填充因子和转换效率等。这些性能参数的概念与前面所定义的硅太阳能电池的主要性能参数相同，只是在具体的数值上有所区别。

(1)短路电流I S

当将太阳能电池组件的正负极短路，使U=0时，此时的电流就是电池组件的短路电流，短路电流的单位是A，短路电流随着光强的变化而变化。

(2)开路电压Uo

当太阳能电池组件的正负极不接负载时，组件正负极间的电压就是开路电压，开路电压的单位是V。太阳能电池组件的开路电压随电池片串联数量的增减而变化。

(3)峰值电流I m

峰值电流也叫最大工作电流或最佳工作电流。峰值电流是指太阳能电池组件输出最大功率时的工作电流，峰值电流的单位是A。

(4)峰值电压U m

峰值电压也叫最大工作电压或最佳工作电压。峰值电压是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电压，峰值电压的单位是V。

(5)峰值功率Pm

峰值功率也叫最大输出功率或最佳输出功率。峰值功率是指太阳能电池组件在正常工作或测试条件下的最大输出功率，也就是峰值电流与峰值电压的乘积：Pm =I m×U m。峰值功率的单位是W。太阳能电池组件的峰值功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和组件的工作温度，因此太阳能电池组件的测量要在标准条件下进行，测量标准为：辐照度lkW/mz、光谱AMl.5、测试温度25℃。

(6)填充因子

填充因子也叫曲线因子，是指太阳能电池组件的最大功率与开路电压和短路电流乘积的比值。填充因子是反应太阳能电池组件所用电池片输出特性好坏的一个重要参数，它的值越高，表明所用太阳能电池组件输出特性越趋于矩形，电池组件的光电转换效率越高。太阳能电池组件的填充因子系数一般在0.5～0.8之间，也可以用百分数表示。

oc

sc m U I P FF =

2.太阳能电池的效率 太阳能电池从本质上说一个能量转化器件，它把光能转化为电能。根据热力学原理，我们知道任何的能量转化过程都存在效率问题，实际发生的能量转化过程效率不可能是100％。就太阳能电池而言，我们需要知道转化效率和哪些因素有关，如何提高太阳能电池的效率，最终我们期望太阳光电池具有足够高的效率。太阳能电池的转换效率η定义为输出电能P m 和入射光能P in 的比值：

%100%100⨯=⨯=in

m m in m p V I p p η 其中m m V I 在I －V 关系中构成一个矩形，叫做最大功率矩形。I-V 特性曲线如下图4-1所示。电流、电压轴交点分别是短路电流和开路电压。最大功率矩形取值点P m 的物理含义是太阳能电池最大输出功率点，数学上是I －V 曲线上坐标相乘的最大值点。短路电流和开路电压也自然构成一个矩形，面积为I sc V oc ，定义oc

sc m m V I V I 为占空系数，图形中它是两个矩形面积的比值。占空系数反映了太阳能电池可实现功率的度量，通常的占空系数在0.7～0.8之间。

图4-1 电压电流曲线

太阳能电池本质上是一个pn 结，因而具有一个确定的禁带宽度。从原理我们得知只有能量大于禁带宽度的入射光子才有可能激发光生载流子并继而发生光电转化。因此，入射到太阳能电池的太阳光只有光子能量高于禁带宽度的部分才会实现能量的转化。Si 太阳能电池的最大效率大致是28％左右。影响太阳能电池效率还有其它因素，如大气对太阳光的吸收、表面保护涂层的吸收、反射、串联电阻热损失等等。综合考虑起来，太阳能电池组件的能量转换效率大致在15％左右。

3.太阳能电池温度特性

除了太阳能电池的光谱特性外，温度特性也是太阳能电池的一个重要特征。对于大部分太阳能电池，随着温度的上升，短路电流上升，开路电压减少，转换效率降低。下图4-2为非晶硅太阳能电池片输出伏安特性随温度变化的一个例子。

0°C

25°C

50°C

75°C I(A)P(V)

0°C

25°C

50°C

75°C

I-V 特性曲线

P-V 特性曲线

图4-2 温度对非晶硅太阳能电池片的输出特性影响

下表4-1给出了单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池输出特性的温度系数(温度变化1℃对应参数的变化率，单位为：%/℃)测定的一次实验结果。可以看出，随着温度变化开路电压变小，短路电流略微增大，导致转换效率的变低。单晶硅与多晶硅转换效率的温度系数几乎相同，而非晶硅因为它的间隙大而导致它的温度系数较低。

表4-1 单晶硅与非晶硅电池特性

(表中的数值表示温度变化1℃的变化率（%/℃）)

在太阳能电池板实际应用时必须考虑它的输出特性受温度的影响，特别是室外的太阳能电池，由于阳光的作用，太阳能电池在使用过程中温度可能变化比较大，因此温度系数是室外使用太阳能电池板时需要考虑的一个重要参数。