光伏系统的I-V特性分析

电流—电压（I-V）曲线通过如下方式获得：将光伏电池曝露在恒定光照水平之下，同时令电池温度保持恒定，改变负载电阻，并测量产生的电流。I-V曲线通常会典型地经过以下两点：

1）短路电流（I_SC）：I_SC是在光伏电池正负极短路、正负极端子之间电压为零时产生的电流，这相当于零负载电阻工况。

2）开路电压（V_OC）：V_OC是开路条件下的电路正负极两端的电压，此时电流为零，这相当于无穷大负载电阻工况。

光伏电池可以在较宽的电压和电流范围内工作。通过将负载电阻从零（短路）改变至无穷大（开路），就能够确定电池的MPP。在I-V曲线上，当电流和电压之积最大时，会出现最大功率点（P_m）。短路电流无电压或者开路电压无电流时，没有功率产生。因此，MPP介于这两点之间。最大功率产生于曲线的“膝”部。这一点代表将太阳光转换成电能的太阳能设备的最大效率^[19]。

一个光伏系统由许多串联和并联的光伏电池组成，用以提供所需的输出端电压和电流。这个光伏系统表现出非线性I-V特性^[20]。有多种模型可供光伏系统的I-V特性建模使用。Masoum等人介绍了一种适用于硅太阳能光伏电池板的模型：光伏电池等效模型，它表征了式（1.1）所描述的光伏系统的动态非线性I-V特性。光伏系统的输出电压特性可以表示为

光伏输出电压公式中使用的参数如下：

α——理想或者完全因子；

I₀——光伏电池反向饱和电流（A）；

I_PV——光伏电池的输出电流（A）；

I_SC——电池短路电流（代表隔离水平）（A）；

k——玻耳兹曼常数（1.380×10^-23J/K）；

M_V——电压因子；

N_p——并联的串数；

N_s——每串串联的电池数；

q——电子电荷（-1.602×10^-19C）；(www.xing528.com)

R_s——光伏电池的串联电阻（Ω）；

T——光伏电池的温度（K）；

V_MP——对应于最大功率的光伏电池电压（V）；

V_OC——开路电压（V）；

V_PV——光伏电池端电压（V）。

使用光伏输出公式，根据不同的短路电流值，可以得到光伏阵列的I-V特性（N_p=30，N_s=112），如图1.4所示。

利用I-V曲线，可以得到电流-功率曲线，如图1.5所示。

图1.6a表示了在电压增加的情况下，串联电池的电流如何保持不变。同时，在相同的电压下，并联电池的电流则会增加，如图1.6b所示。

图1.4 不同短路电流I_SC时的光伏电池I-V曲线

图1.5 不同短路电流I_SC时的光伏电池I-P曲线

图1.6 两个相同的电池的串联与并联

a）串联 b）并联