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太阳能逆变器之电池特性分析

文章来源:易正天地 上传时间:2013-04-23 11:44:14

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要开始开发太阳能微型逆变器系统,了解太阳能电池 不同特性非常重要。PV 电池是半导体器件,其电气特 性与二极管相似。但是PV 电池是电力来源,当其受 到光(如太阳光)照射时会成为电流源。目前最常见的 技术是单晶硅模块和多晶硅模块。PV电池的模型如图1 所示。Rp Rs 为寄生电阻,在理想情况下分别为无穷大和零。

PV 电池的表现会因其尺寸或与其连接的负载的类型,以及太阳光的强度(照度)而有所不同。PV 电池的特 性由不同环境下的不同工作电流和电压描述。

当电池暴露于太阳光下但未接入任何负载时,没有电流 通过电池,而 PV 电池的电压达到最大值。这称为开路 电压(VOC)。当电池具有负载时,电路中开始有电流 通过,导致电池两端的电压开始下降。当两个端子直接 相连且电压为零时,可以确定流过电池的最大电流。这 称为短路电流(ISC)

光照强度和温度可大幅影响 PV 电池的工作特性。电流 与光照强度成正比例,但光照的变化对工作电压的影响 很小。然而,工作电压受温度影响。电池温度升高会使 工作电压降低,但对生成的电流影响甚微。图 2 说明了 温度和光照对 PV 模块的影响。

光照强度变化对电池输出功率的影响要大于温度变化产 生的影响。这对所有常用的 PV 材料都适用。这两种效 应结合后的重要结果为,PV 电池的功率会随光照强度 的降低和 / 或温度的升高而降低。

最大功率点(MPP)

太阳能电池可在较宽的电压和电流范围内工作。通过将 受照射电池上的电阻性负载从零(短路事件)持续增加 到很高的值(开路事件),可确定 MPPMPP V x I 达到最大值的工作点,并且在该照射强度下可实现最大 功率。发生短路(PV 电压等于零)或开路(PV 电流等 于零)事件时的输出功率为零。

高品质的单晶硅太阳能电池在其温度为 25°C 时可产生 0.60 伏开路电压。在光照充分和空气温度为 25°C 的情 况下,给定电池的温度可能接近于 45°C,这会使开路 电压降至约 0.55V。随着温度的提高,开路电压持续下 降,直至 PV 模块短路。

电池温度为 45°C 时的最大功率通常在 80% 开路电压和 90%短路电流的条件下产生。电池的短路电流几乎与照 度成正比,而当照度降低80%时开路电压可能只会降低 10%。品质较低的电池在电流增大的情况下电压会降低 得更快,从而将可用的功率输出从 70% 降至 50%,甚 至只有 25%

3 给出了 PV 电池板的输出电流和输出功率在给定照 度下与工作电压的函数关系。

太阳能微型逆变器必须确保在任何给定时间 PV模块都在 MPP 工作,这样才能从 PV 模块获取最大能量。可使用 最大功率点控制环达到该目的,该控制环也称作最大功 率点追踪器(Maximum Power Point TrackerMPPT) 实现高比例的 MPP 追踪还需要 PV 输出电压纹波足够 小,以便其在最大功率点附近工作时 PV 电流的变化不 会太大。有关 PV 模块输出电压纹波限制的详细信息,请 参见去耦电容一节。有关实现 MPPT 的详细信息, 请参见最大功率点(MPP)”一节。

PV 模块的 MPP 电压范围通常可定义在 25V 45V 范围内,发电量约为 250W,开路电压低于 50V

 

 

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