[发明专利]一种基于光伏电池负载两端电压计算辐照度的方法

摘要

本发明公开了一种基于光伏电池负载两端电压计算辐照度的方法，首先通过太阳电池输出特性，结合负载两端电压与电流关系及近似认为光生电流等于短路电流，得到负载两端电压与短路电流的关系，利用太阳电池的性能参数确定公式中的性能参数；进一步利用暴露在太阳及环境温度下的开路电压计算获得硅晶电池片的温度，结合辐照度、负载两端电压，得到负载两端电压与辐照度的关系，本发明可通过负载两端电压计算获得精准的辐照度，从而准确预测发电量。

主权项

一种基于光伏电池负载两端电压计算辐照度的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在光伏电池两端接一负载电阻R_L，光伏电池输出特性满足：$I=I_{ph}-I_0\[e^{\frac{q(U+{\mathrm{IR}}_s)}{AkT}}-1\]-\frac{U+{\mathrm{IR}}_s}{R_{sh}}---\left(5\right)$其中，I表示流经负载电阻的电流，I_ph为光生电流，I₀为新指数前因子，q为单个光子电荷数，U表示负载电阻两端电压，R_sh表示旁路电阻、R_s表示串联电阻，A为P‑N结理想因子，k为玻尔兹曼常数，T为电池片表面温度；2)负载电阻两端电压U，流经负载电阻的电流I和负载电阻R_L之间满足：U＝I×R_L                      (6)则，式(5)转换为负载两端电压U与光生电流I_ph的关系：$I_{ph}=\frac{U}{R_L}+\frac{U(R_s+R_L)}{R_{sh}\·R_L}+I_0\[e^{\frac{qU(R_L+R_s)}{AkT\·R_L}}-1\]---\left(7\right)$3)当负载电阻R_L短路时，U＝0，I＝I_sc，则式(5)转变为：$I_{ph}=I_{sc}+I_0(e^{\frac{{\mathrm{qI}}_{sc}{R}_s}{{\mathrm{AkT}}_{sc}}}-1)+\frac{I_{sc}{R}_s}{R_{sh}}---\left(8\right)$其中，T_sc表示负载R_L短路时电池板表面温度；I_sc表示短路电流；假设I_ph＝I_sc，式(8)变为：$I_0(e^{\frac{{\mathrm{qI}}_{sc}{R}_s}{{\mathrm{AkT}}_{sc}}}-1)=-\frac{I_{sc}{R}_s}{R_{sh}}---\left(10\right)$选择范围内的负载电阻，得到标准条件下光伏电池的性能参数R_s、R_sh、I_sc、T_sc，代入式(10)中计算获得新指数前因子I₀；4)同样假设I_ph＝I_sc，根据不同辐照度下光伏电池的IV特性曲线分析可知，短路电流I_sc与入射光辐照度H成正相关性，相应的光生电流I_ph也与入射光辐照度H成正相关性，因此，令I_ph＝k_HH，则式(7)变为：$k_{H}H=U\frac{R_s+R_L+R_{sh}}{R_{sh}\·R_L}+I_0\[e^{\frac{q(R_L+R_s)}{AkT\·R_L}\·U}-1\]---\left(11\right)$式中，k_H为负载两端电压与入射光辐照度之间的关系系数；k_H是以负载两端电压为自变量的公式；5)利用暴露在太阳光下和处于环境温度下的光伏电池的开路电压的差值，计算获得电池片表面温度：T表示电池片表面温度，T_环境表示环境温度，U_oc表示环境温度下光伏电池开路电压，U_oc‑T表示暴露在太阳下的光伏电池开路电压；6)选取不同的时间点，记录该时间点的辐照度H、负载电阻两端电压U、环境温度下光伏电池开路电压U_oc、暴露在太阳下的光伏电池开路电压U_oc‑T、环境温度T_环境，将采集到的数据代入式(11)计算出k_H，利用线性回归方法计算出k_H与U之间的关系，从而推导出光伏电池负载电阻两端电压U与辐照度H间的关系。