CN108880469A - 一种太阳能电池参数提取的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能电池参数提取的方法，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)利用半导体测试仪测出太阳能电池的I～V曲线，并结合单二极管模型中I～V曲线获得参数开路电压Voc、短路电路Isc来提取未知参数并联电阻Rsh；3)通过引入临时参数Rso、no并进行多次迭代计算来确定未知参数串联电阻Rs、理想因子n；4)通过上述所求得参数值带入公式变形中求未知参数光电流Iph、反向饱和电流I0。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池评估技术领域，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，称为国际认可的理性代替能源。光伏发电***的核心，称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。然而现有的算法存在缺陷，并联电阻Rsh通常被忽略，且采用“不同的照度级别方法”也会使提取参数有误差，因此需要开发一种广泛适用的方法来确定太阳能电池的单个IV曲线的所有参数。
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，利用半导体测试仪测出太阳能电池的I～V曲线，并结合单二极管模型中I～V曲线获得参数：开路电压Voc、短路电路Isc，来提取未知参数并联电阻Rsh；
步骤三，通过引入临时参数Rso、no并进行多次迭代计算来确定未知参数串联电阻Rs，以及理想因子n；
步骤四，通过上述所求得参数值带入公式变形中求未知参数光电流Iph，以及反向饱和电流I0。
进一步的，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：
其中：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值，单位为A；Iph为太阳能电池的光生电流值，单位为A；I0为太阳能电池中二极管的反向饱和电流，单位为A；q为电子电荷；n为二极管的理想因子；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，步骤二中提取未知参数，包括如下步骤：
首先假设有
对于公式(1)进行微分-dV/dI，则有
令V＝0，I＝Isc，-dV/dI应用于短路，则
令V＝Voc，I＝0,-dV/dI应用于开路，则
利用公式(4)减去公式(5)消去Iph并结合假设条件(2)，得到：
结合公式(5)和(6)，得到
将公式(6)带入公式(7)进而又得到
将公式(8)代入公式(3)得到以下公式
在I＝Isc(V＝0)的情况下得到：
进一步的，步骤三中，引入临时参数Rso、n0代入公式(9)中，得
其中，
当δ＜＜1时，得公式
可做出关于的函数图像，由斜率和y轴截距提取出未知参数n和Rs后继续进行循环迭代计算，直到Rs＝Rs0，n＝n0,|δ|＝0。
进一步的，所述步骤4)，由公式(6)、(5)分别得
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
1、本发明通过获取太阳能电池在某一强度下I～V曲线获取参数及提取未知参数模型。避免了传统方法中采用图形方法求解时，假设并联电阻Rsh大到可以忽略，代入求解而带来的实际误差。并且在本发明中，可以更加精确地提取出包括Rsh在内的五个太阳能电池的参数，并确定出太阳能电池的IV特性方程。
2、采用恒定照度级别的方法，克服了传统的采用“不同的照度级别方法”中，由于两测量点之间温差很大而导致的误差。
附图说明
图1为本发明硅太阳能电池的实验I～V曲线；
图2为和作为的函数图像；
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
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，利用半导体测试仪测出太阳能电池的I～V曲线，并结合单二极管模型中I～V曲线获得参数：开路电压Voc、短路电路Isc，来提取未知参数并联电阻Rsh；
步骤三，通过引入临时参数Rso、no并进行多次迭代计算来确定未知参数串联电阻Rs，以及理想因子n；
步骤四，通过上述所求得参数值带入公式变形中求未知参数光电流Iph，以及反向饱和电流I0。
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：
其中：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值，单位为A；Iph为太阳能电池的光生电流值，单位为A；I0为太阳能电池中二极管的反向饱和电流，单位为A；q为电子电荷；n为二极管的理想因子；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。
步骤二中提取未知参数，包括如下步骤：
首先假设有
对于公式(1)进行微分-dV/dI，则有
令V＝0，I＝Isc，-dV/dI应用于短路，则
令V＝Voc，I＝0,-dV/dI应用于开路，则
利用公式(4)减去公式(5)消去Iph并结合假设条件(2)，得到：
结合公式(5)和(6)，得到
将公式(6)带入公式(7)进而又得到
将公式(8)代入公式(3)得到以下公式
在I＝Isc(V＝0)的情况下得到：
步骤三中，引入临时参数Rso、n0代入公式(9)中，得
其中，
当δ＜＜1时，得公式
可做出关于的函数图像，由斜率和y轴截距提取出未知参数n和Rs后继续进行循环迭代计算，直到Rs＝Rs0，n＝n0,|δ|＝0。
步骤四，由公式(6)、(5)分别得
假定对某硅太阳能电池进行了测试，通过半导体测试仪测得该硅太阳能电池的I～V曲线，提取出Isc和Voc。
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
通过式(16)做出图1，在V＝0处通过斜率可以提取出并联电阻值Rsh。
通过式(17)先给Rs0,n0赋一初值0，做作为的函数图像图，通过斜率与纵坐标截距可提取出理想因子n和串联电阻Rs,再进行循环迭代计算直到Rs0＝Rs,n0＝n,|δ|＝0,做出图2。
通过式(18)、(19)求得I0，Iph值。
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 (5)
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，利用半导体测试仪测出太阳能电池的I～V曲线，并结合单二极管模型中I～V曲线获得参数：开路电压Voc、短路电路Isc，来提取未知参数并联电阻Rsh；
步骤三，通过引入临时参数Rso、no并进行多次迭代计算来确定未知参数串联电阻Rs，以及理想因子n；
步骤四，通过上述所求得参数值带入公式变形中求未知参数光电流Iph，以及反向饱和电流I0。
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，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：
其中：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值，单位为A；Iph为太阳能电池的光生电流值，单位为A；I0为太阳能电池中二极管的反向饱和电流，单位为A；q为电子电荷；n为二极管的理想因子；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。
3.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，步骤二中提取未知参数，包括如下步骤：
首先假设有
对于公式(1)进行微分-dV/dI，则有
令V＝0，I＝Isc，-dV/dI应用于短路，则
令V＝Voc，I＝0,-dV/dI应用于开路，则
利用公式(4)减去公式(5)消去Iph并结合假设条件(2)，得到：
结合公式(5)和(6)，得到
将公式(6)带入公式(7)进而又得到
将公式(8)代入公式(3)得到以下公式
在I＝Isc(V＝0)的情况下得到：
4.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，步骤三中，引入临时参数Rso、n0代入公式(9)中，得
其中，
当δ＜＜1时，得公式
可做出关于的函数图像，由斜率和y轴截距提取出未知参数n和Rs后继续进行循环迭代计算，直到Rs＝Rs0，n＝n0,|δ|＝0。
5.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4)，由公式(6)、(5)分别得
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