如何准确建模光伏电池？

如前所述，由于太阳能电池系统的环境无害性以及来源的无限性，它正作为可再生电源得到广泛研究。尽管PV系统有如上提到的优势，但准确建模研究必须考虑到太阳照射强度和PV电池表面温度等因素^［7］。PV电池在不同因素条件下，拥有不同的i-v曲线。图10-5阐述了燃料电池随着光照水平改变而变化的输出特性曲线。

从图10-5可以清晰看出，输出电流随光照强度的增加而增加。图10-6描绘了不同电池温度下的v-i曲线。

图10-5 PV电池随光照水平而变化的典型i-v特性曲线

图10-6 不同电池温度下PV电池的典型v-i特性曲线

如图10-6所描绘的不同电池温度下的输出曲线，在较高的温度水平时，输出电压增大。因此，在对PV电池建模时，应特别考虑到这两个特性。

根据上述的参数，下面推导电气等效电路模型。该模型基本上是非线性分布式电路，其中电路元件包括大家熟知的半导体器件，可以用计算机对这个模型进行仿真。

PV电池可以认为是一个电流源，其电压由两端所连负载决定^［8］。典型的PV电池等效电路模型如图10-7所示。

从图10-7可以清晰看出，典型PV电池的建模包括各种参数。这些参数如下：

I_L——光电流（A）；

I_D1——二极管饱和电流（A）；

I_D2——二极管的附件电流（A）；

I_sh——分流电流（A）；

R_s——电池串联电阻（Ω）；

R_sh——电池并联电阻（Ω）；

I——电池输出电流（A）。(www.xing528.com)

图10-7所描绘的模型考虑了各种P-N结电池类型的特性参数。从上述电路可以得到如下电流公式：

式中 q和k——电荷和Boltzman’s常数。

图10-7的二极管两端电压可以表达如下：

式中 β——电压—温度系数（V/℃）。

对于如图10-7所示的PV电池，R_s和R_sh一般是未施加光照时的阻值。因此，这些值可以从电池的暗黑曲线确定。产生的光电流（I_L）由自由电子和空穴的聚集度计算得出。可以表达如下：

I_L=qN［∑f_c（x_N）＋∑f_c（x_p）＋2l］ （10-5）

式中 f（x）——概率分布函数；

N——产生的自由电子和空洞数。

PV电池的效率如下：

Efficiency=P_out/P_in=fI_scV_oc/P_in （10-6）

这种计算模型的明显优势是：通过对参数一些小的改变，就可以收集PV电池的各种信息进而得到满意的结果^［8］。

图10-7 PV电池的等效电路模型的电路图