CN108280287B - 一种太阳能电池参数提取的方法 - Google Patents

一种太阳能电池参数提取的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108280287B
CN108280287B CN201810056228.0A CN201810056228A CN108280287B CN 108280287 B CN108280287 B CN 108280287B CN 201810056228 A CN201810056228 A CN 201810056228A CN 108280287 B CN108280287 B CN 108280287B
Authority
CN
China
Prior art keywords
solar cell
diode
equation
current
formula
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201810056228.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108280287A (zh
Inventor
徐小波
李瑞雪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changan University
Original Assignee
Changan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changan University filed Critical Changan University
Priority to CN201810056228.0A priority Critical patent/CN108280287B/zh
Publication of CN108280287A publication Critical patent/CN108280287A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108280287B publication Critical patent/CN108280287B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/30—Circuit design
    • G06F30/36—Circuit design at the analogue level
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/10—Photovoltaic [PV]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

本发明提供了一种太阳能电池参数提取的算法。其基本特征在于，包含以下步骤：1)根据基尔霍夫电流定律得到理想的单二极管太阳能电池等效电路的电流电压特性方程，建立太阳能电池单二极管模型；2)利用单二极管模型中J～V曲线获得参数(开路电压Voc、短路电路Jsc、并联电阻Rsh和moc)来提取未知参数(理想因子n、反向饱和电流J0、串联电阻Rs)；3)通过测量太阳能电池在不同的透过光照下的Jsc、Voc和moc测量值绘画出相应的曲线来确定未知参数Rs、n和J0的值。

Description

一种太阳能电池参数提取的方法
技术领域
本发明属于太阳能参数计算领域，特别涉及一种太阳能电池参数提取的方法。
背景技术
由于环境污染的日益严重以及化石燃料的日益枯竭，对可再生能源的研究称为各国关注的重点。太阳能因其资源丰富、清洁无污染等优势，成为国际认可的理性代替能源。光伏发电***的核心，成为国内外学者研究的热点。光伏电池是光伏发电***的核心。合适的光伏电池模型对于光伏测试仪的设计与制造，以及电池***的评估具有重要的意义。
基于太阳能电池电流曲线的主流参数提取方法，一般包括启发式算法和拟合优化算法。前一种算法精度高，但是计算时间特别长，而且容易导致不收敛；后一种算法一般都假设并联电阻Rsh为无穷大，以简化分析。但实际上并联电阻的作用并不能忽略，这将导致提取出来的串联电阻Rs、理想因子n和饱和电流密度J0值精度不够高，因此，本文提出了一种参数提取方法，使太阳能电池能够从不同光强下的电流曲线中通过数值和曲线拟合技术，精确提取串并联电阻、理想因子和饱和电流密度，而不用假设并联电阻无穷大。
在评估太阳能电池***中，首先要做的就是模型参数的确定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能电池参数提取的方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种太阳能电池参数提取的方法，包括以下步骤：
步骤一：根据基尔霍夫电流定律得到理想的单二极管太阳能电池等效电路的电流电压特性方程，建立太阳能电池单二极管模型：
步骤二：利用单二极管模型中J～V曲线获得参数：开路电压Voc、短路电路Jsc和并联电阻Rsh，来提取未知参数：理想因子n、反向饱和电流J0和串联电阻Rs。
进一步的，所述步骤一中，理想的单二极管太阳能电池等效电路的电流电压特性方程建立单二极管模型：
Figure BDA0001553897390000021
其中：V为太阳能电池实时输出的电压值，单位为V；J为太阳能电池实时输出的电流密度，单位为A/m2；Jph为太阳能电池的光生电流密度，单位为A/m2；J0为太阳能电池中二极管的反向饱和电流密度，单位为A/m2；q为电子电荷；n为二极管的理性因子；k为波尔兹曼常数；T为太阳能电池的温度，Rs和Rsh分别为太阳能电池等效的串联电阻和并联电阻。
进一步的，所述步骤二中，提取未知参数，包括如下步骤：
对于公式(1)进行微分dI/dV，则有
Figure BDA0001553897390000022
令V＝Voc，I＝0，dI/dV应用于开路，记为moc，则
Figure BDA0001553897390000023
利用公式(1)给出短路电流和开路电流条件下的模型公式，分别为公式(4)、(5)；
Figure BDA0001553897390000024
Figure BDA0001553897390000025
结合公式(3)和(5)，我们可以得到
Figure BDA0001553897390000026
如果公式(6)中
Figure BDA0001553897390000027
并且
Figure BDA0001553897390000028
那么
Figure BDA0001553897390000031
利用公式(4)减去公式(5)消去Jph与J0得到以公式：
Figure BDA0001553897390000032
此时
Figure BDA0001553897390000033
并且
Figure BDA0001553897390000034
因此公式(8)可以化简为公式(9)；
Figure BDA0001553897390000035
将公式(9)带入公式(7)中，我们就可以得到
Figure BDA0001553897390000036
进一步的，公式(7)、(10)，我们通过测量太阳能电池在不同型号组件下J～V曲线获取不同的透过光照的Jsc，Voc，Rsh和moc -1测量值绘画出相应的点图来确定位置参数Rs，n和J0的值。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
首先，由于同时提取Rs、Rsh、n、J0，获得完整的太阳能电池单二极管模型，可以更好描述电池；同时由于参数提取过程基于不同光强下的电流特性，避免了单次测量的噪声，使参数提取结果更加精确；再次，通过对测量值线性拟合的方式开展参数提取，进一步降低了测量误差的影响；最后，本方法操作方便，无需迭代，简单实用。
附图说明
图1为(Jsc-Voc/Rsh)-1与
Figure BDA0001553897390000037
的点图；
图2为exp(-qVoc/nkT)与
Figure BDA0001553897390000038
的点图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1和图2，一种太阳能电池参数提取的方法，包括以下步骤：
步骤一：根据基尔霍夫电流定律得到理想的单二极管太阳能电池等效电路的电流电压特性方程，建立太阳能电池单二极管模型：
步骤二：利用单二极管模型中J～V曲线获得参数：开路电压Voc、短路电路Jsc和并联电阻Rsh，来提取未知参数：理想因子n、反向饱和电流J0和串联电阻Rs。
所述步骤一中，理想的单二极管太阳能电池等效电路的电流电压特性方程建立单二极管模型：
Figure BDA0001553897390000041
其中：V为太阳能电池实时输出的电压值，单位为V；J为太阳能电池实时输出的电流密度，单位为A/m2；Jph为太阳能电池的光生电流密度，单位为A/m2；J0为太阳能电池中二极管的反向饱和电流密度，单位为A/m2；q为电子电荷；n为二极管的理性因子；k为波尔兹曼常数；T为太阳能电池的温度，Rs和Rsh分别为太阳能电池等效的串联电阻和并联电阻。
所述步骤二中，提取未知参数，包括如下步骤：
对于公式(1)进行微分dI/dV，则有
Figure BDA0001553897390000042
令V＝Voc，I＝0，dI/dV应用于开路，记为moc，则
Figure BDA0001553897390000043
利用公式(1)给出短路电流和开路电流条件下的模型公式，分别为公式(4)、(5)；
Figure BDA0001553897390000044
Figure BDA0001553897390000045
结合公式(3)和(5)，我们可以得到
Figure BDA0001553897390000051
如果公式(6)中
Figure BDA0001553897390000052
并且
Figure BDA0001553897390000053
那么
Figure BDA0001553897390000054
利用公式(4)减去公式(5)消去Jph与J0得到以公式：
Figure BDA0001553897390000055
此时
Figure BDA0001553897390000056
并且
Figure BDA0001553897390000057
因此公式(8)可以化简为公式(9)；
Figure BDA0001553897390000058
将公式(9)带入公式(7)中，我们就可以得到
Figure BDA0001553897390000059
公式(7)、(10)，我们通过测量太阳能电池在不同型号组件下J～V曲线获取不同的透过光照的Jsc，Voc，Rsh和moc -1测量值绘画出相应的点图来确定位置参数Rs，n和J0的值。
假定对太阳能0802组件进行了测试，通过不同的透过光照的J～V曲线，通过横坐标的斜率计算出Moc -1的值。
根据基尔霍夫电流定律得到理想的单二极管太阳能电池等效电路的电流电压特性方程建立单二极管模型：
对二极管模型进行处理微分、消元处理得
Figure BDA00015538973900000510
Figure BDA0001553897390000061
通过式(11)做出图1，对该点图进行线性拟合，与纵坐标的截距就是Rs，通过斜率可以提取出理想因子n。
通过式(12)做出图2，对该点图进行线性拟合，通过斜率并结合得出的理性因子，可提取出反向饱和电流密度J0。
以上显示和描述了本发明的提取算法。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (2)

1.一种太阳能电池参数提取的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：根据基尔霍夫电流定律得到理想的单二极管太阳能电池等效电路的电流电压特性方程，建立太阳能电池单二极管模型：
步骤二：利用单二极管模型中J～V曲线获得参数：开路电压Voc、短路电路Isc和并联电阻Rsh，来提取未知参数：理想因子n、反向饱和电流I0和串联电阻Rs；q为电子电荷；n为二极管的理性因子；k为波尔兹曼常数；T为太阳能电池的温度；V为太阳能电池实时输出的电压值，单位为V；I为太阳能电池实时输出的电流；
所述步骤二中，提取未知参数，包括如下步骤：
对于公式(1)进行微分dI/dV，则有
Figure FDA0003500618220000011
令V＝Voc，I＝0，dI/dV应用于开路，记为moc，则
Figure FDA0003500618220000012
利用公式(1)给出短路电流和开路电流条件下的模型公式，分别为公式(4)、(5)；
Figure FDA0003500618220000013
Figure FDA0003500618220000014
结合公式(3)和(5)，得到
Figure FDA0003500618220000015
如果公式(6)中
Figure FDA0003500618220000016
并且
Figure FDA0003500618220000017
那么
Figure FDA0003500618220000018
利用公式(4)减去公式(5)消去Iph与I0得到公式：
Figure FDA0003500618220000021
此时
Figure FDA0003500618220000022
并且
Figure FDA0003500618220000023
因此公式(8)可以化简为公式(9)；
Figure FDA0003500618220000024
将公式(9)带入公式(7)中，得到
Figure FDA0003500618220000025
公式(7)、(10)，通过测量太阳能电池在不同型号组件下J～V曲线获取不同的透过光照的Jsc，Voc，Rsh和moc -1测量值绘画出相应的点图来确定位置参数Rs，n和J0的值。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池参数提取的方法，其特征在于，所述步骤一中，理想的单二极管太阳能电池等效电路的电流电压特性方程建立单二极管模型：
Figure FDA0003500618220000026
其中：V为太阳能电池实时输出的电压值，单位为V；J为太阳能电池实时输出的电流密度，单位为A/m2；Jph为太阳能电池的光生电流密度，单位为A/m2；J0为太阳能电池中二极管的反向饱和电流密度，单位为A/m2；q为电子电荷；n为二极管的理性因子；k为波尔兹曼常数；T为太阳能电池的温度，Rs和Rsh分别为太阳能电池等效的串联电阻和并联电阻。
CN201810056228.0A 2018-01-20 2018-01-20 一种太阳能电池参数提取的方法 Expired - Fee Related CN108280287B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810056228.0A CN108280287B (zh) 2018-01-20 2018-01-20 一种太阳能电池参数提取的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810056228.0A CN108280287B (zh) 2018-01-20 2018-01-20 一种太阳能电池参数提取的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108280287A CN108280287A (zh) 2018-07-13
CN108280287B true CN108280287B (zh) 2022-06-07

Family

ID=62804169

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810056228.0A Expired - Fee Related CN108280287B (zh) 2018-01-20 2018-01-20 一种太阳能电池参数提取的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108280287B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110146801B (zh) * 2019-05-13 2021-10-01 西北核技术研究院 一种太阳电池旁路二极管参数无损检测方法
CN110175380A (zh) * 2019-05-16 2019-08-27 华东师范大学 一种太阳能电池的分布式电阻模型建立方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104237805A (zh) * 2014-10-09 2014-12-24 南昌航空大学 一种基于解析方程提取太阳电池参数的方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8490043B2 (en) * 2005-05-06 2013-07-16 Tela Innovations, Inc. Standard cells having transistors annotated for gate-length biasing
JP5732873B2 (ja) * 2011-01-31 2015-06-10 株式会社日立製作所 太陽電池の特性演算方法及び太陽光発電システム
CN106295068B (zh) * 2016-08-24 2019-10-01 河海大学常州校区 一种光伏组件双二极管模型的参数简化及提取方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104237805A (zh) * 2014-10-09 2014-12-24 南昌航空大学 一种基于解析方程提取太阳电池参数的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108280287A (zh) 2018-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106295068B (zh) 一种光伏组件双二极管模型的参数简化及提取方法
CN103593577B (zh) 一种光伏发电***输出功率建模及估算方法
CN106126887B (zh) 一种基于参数辨识的多峰值光伏阵列最大功率点跟踪方法
CN108880469A (zh) 一种太阳能电池参数提取的方法
CN106059494A (zh) 一种基于光伏电池负载两端电压计算辐照度的方法
CN108280287B (zh) 一种太阳能电池参数提取的方法
CN109756188B (zh) 一种双面太阳电池组件电性能测试方法及装置
Ahmad et al. Estimation of important parameters of photovoltaic modules from manufacturer's datasheet
CN103454502A (zh) 一种测量任意光强和温度下光伏电池串联内阻的方法
CN112100821B (zh) 光伏电池的稳健性优化设计方法
Hassan et al. Investigating parasitic resistance of mesoporous-based solar cells with respect to thin-film and conventional solar cells
CN111368491A (zh) 一种简化的光伏组件双二极管模型建模及参数提取方法
CN104253586A (zh) 一种太阳能电池板电气参数在线测量评价装置及方法
CN111611710A (zh) 一种光伏电池等效建模方法
CN116436405A (zh) 一种光伏组串的热斑故障诊断方法
CN103353576B (zh) 基于伏安特性曲线的光伏组件发电量测量方法
Ma et al. The measurement of series and shunt resistances of the silicon solar cell based on LabVIEW
CN109510595A (zh) 一种计算光伏双面电池性能参数的方法
CN112487347B (zh) 考虑环境和时变因素的光伏组件模型参数化方法
CN108226629A (zh) 一种采用多辐照传感器计算双面电池组件发电性能的方法
CN108959740A (zh) 一种光伏电池及组件等效模型的建立方法
Gong et al. Fault diagnosis method of photovoltaic array based on random forest algorithm
Lodhi et al. Modelling and experimental characteristics of photovoltaic modules in typical days at an actual photovoltaic power station
Neçaibia et al. A simple theoretical method for the estimation of dynamic resistance in photovoltaic panels
CN111769802A (zh) 一种获取光伏电池输出特性曲线的方法和***

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20220607

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee