[发明专利]引入隧道结机制的聚光光伏模组温度特性的预测方法

摘要

本发明公开了一种引入隧道结机制的聚光光伏模组温度特性的预测方法，本明将3D分布电路隧道结模型简化为二维集总式模型，即将隧道结等效为一种电路元件，以聚光三结电池双二极管模型为例，将该隧道结等效模型代替等效串联电阻，在低倍聚光情况下利用聚光三结电池双二极管模型和等效隧道结建立明确的电路关系式，确定各参数的初始值，通过数学迭代拟合提取出几组参数值，再与实验测量结果比较，得到最佳参数组来使得模组的I‑V特性曲线拟合收敛性更好，进而合理地预估在高倍聚光情况下模组的I‑V特性曲线，不仅有助于人们更好地理解隧道结的工作机制，而且提高了对MJSC的优化效率，同时也降低了MJSC的设计和优化成本。

主权项

1.一种引入隧道结机制的聚光光伏模组温度特性的预测方法，包括如下步骤：步骤1.建立单片聚光i结电池双二极管模型的等效电路；计算第i结单p-n结电池的工作电流；所述的单片聚光i结电池双二极管模型的等效电路由i结单p-n结电池的等效电路串联组成，所述的第i结单p-n结电池的等效电路由光生电流源Isci、两个等效二极管D1i、D2i、等效并联电阻Rshi并联连接组成；所述的i结单p-n结电池的等效电路之间引入隧道结TJi；由公式1可得第i结单p-n结电池的工作电流为：式中Ii为第i结单p-n结电池的工作电流；Vi为第i结单p-n结电池的工作电压；Isci为第i结单p-n结电池的光生电流；Rshi为第i结单p-n结电池的等效并联电阻；I01i为第i结单p-n结电池等效二极管D1i的反向饱和电流；I02i为第i结单p-n结电池等效二极管D2i的反向饱和电流；kB为玻尔兹曼常数；T为电池的绝对温度；q为单位电荷量；I01i＝Sκ1iT3exp[-Egi/(kBT)] 公式2式中S为第i结电池的面积；κ1i、κ2i为第i结单p-n结电池的经验参数；Egi为第i结单p-n结电池半导体化合物的带隙宽度；I02i＝Sκ2iT5/2exp[-Egi/(2kBT)] 公式3当聚光倍数C＝576时,根据标准状态温度T＝298K AM1.5D ASTMG173-03(900W/m2)入射光谱分布，和i结单p-n结电池的量子效率数据，由公式4可计算此时各i结单p-n结电池的光生电流Isci，由于外界环境导致的温度不一致，引入温度系数来计算各温度下对应的光生电流，表达式为公式5：Isci＝∫S×聚光倍数×量子效率×光谱响应dλ 公式4式中λ为波长；式中为第i结单p-n结电池的短路电流温度系数；C为聚光倍数；由于不同的聚光倍数下，i结单p-n结电池的量子效率相同，根据公式4、5，可得到聚光倍数是m时对应的Isci|T＝298K,C＝m：步骤2：根据串联电路电流特性，建立隧道结电流与单片聚光i结电池工作电流与第i结单p-n结电池工作电流的数值模型：Ii＝ITJ＝Is＝IP(Vs/Vp)exp(1-Vs/Vp)+Ivexp[A(Vs-Vv)]+I0[exp(qVs/kBT)-1] 公式7式中ITJ为单片聚光i结电池工作电流；所述的隧道结电流为隧道结隧穿电流、隧道结过剩电流、热扩散电流三者之和，由公式8可得隧道结电流为：Is＝It+Ix+Ith 公式8式中Is为隧道结电流；It为隧道结隧穿电流；Ix为隧道结过剩电流；Ith为热扩散电流；It＝Ip(Vs/Vp)exp(1-Vs/Vp) 公式9式中Ip为隧道结峰值电流；Vs为隧道结电压；Vp为隧道结峰值电压；Ix＝Ivexp[A(Vs-Vv)] 公式10式中Iv为隧道结谷值电流；A为隧道结的面积；Vν为隧道结谷值电压。Ith＝I0[exp(qVs/kBT)-1] 公式11式中I0为隧道结重组电流；步骤3.根据步骤1、2中的公式1、公式7可得到第i结单p-n结电池的工作电压与单片聚光i结电池的工作电流之间的等量关系式，由公式12可得第i结单p-n结电池的工作电压为：步骤4.串联电路总电压为各个电路元件电压之和，假设以电流从等效二极管的正极流向负极为电流的正方向，因此隧道结电压Vs为负值，则单片聚光i结电池的工作电压为i结单p-n结电池的工作电压之和与隧道结电压的总和，由公式13可得单片聚光i结电池的工作电压VTJ；式中VTJ为单片聚光i结电池的电压；步骤5.将n片完全相同的单片聚光i结电池串联，组成CPV模组；根据串联电路电流特性，CPV模组的工作电流I与隧道结电流Is

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