太陽電池串聯(lián)電阻與I-V曲線斜率的關系*

魏晉云

(云南師范大學 太陽能研究所，云南 昆明 650500)

太陽電池的串聯(lián)電阻顯著地影響I-V曲線[1-2].從太陽電池的I-V曲線可以看出，串聯(lián)電阻越大，I-V曲線在開路電壓處偏離串聯(lián)電阻為零的I-V曲線的程度也越大，由偏離度可以判斷串聯(lián)電阻的大小.偏離度可由在開路電壓處的曲線斜率表示.對一般的太陽電池，并聯(lián)電阻很大，其分流作用可以忽略不計.本文忽略并聯(lián)電阻，根據(jù)太陽電池的I-V方程，推導出了在開路電壓處斜率與串聯(lián)電阻的關系，證明了偏離度與串聯(lián)電阻的相關關系.

1 理論計算

太陽電池的I-V特性方程

(1)

其中熱電壓

(2)

理想PN結，n=1.并聯(lián)電阻很大，在并聯(lián)電阻上的分流可忽略.串聯(lián)電阻很小，只減小填充因子,光生電流等于短路電流[3-4]，即

IL=Isc

(3)

由(1)式可得

(4)

開路I=0，可得反向飽和電流是開路電壓和短路電流的函數(shù):

(5)

AM1.5光譜、100 mW/cm2光照、25 ℃條件下，計算得2×2 cm2的硅太陽電池的開路電壓Voc和短路電流Isc分別為570 mV、120 mA.由以上公式，用Matlab，可得到串聯(lián)電阻為0 Ω、0.5 Ω和1 Ω時的I-V曲線，如圖1所示.

圖1 不同串聯(lián)電阻的I-V曲線

從太陽電池的I-V曲線可以看出，串聯(lián)電阻越大，I-V曲線在開路電壓處附近偏離串聯(lián)電阻為零的I-V曲線的程度也越大，實際上可從偏離度判斷串聯(lián)電阻的大小.偏離度可由I-V曲線在開路電壓處的斜率表示，由式(4)，可得到在開路電壓處的斜率：

(6)

其中

(7)

開路電壓處的偏離度即斜率與串聯(lián)電阻的關系為相關關系，串聯(lián)電阻越大，偏離越大.開路電壓處，電流與電壓的關系并非線性關系，不能直接測量斜率，從而準確得到串聯(lián)電阻的具體數(shù)值，只能從偏離度判斷串聯(lián)電阻的大小.

2 結 論

不考慮并聯(lián)電阻的影響，對太陽電池的I-V方程進行分析，可得到I-V曲線在開路電壓處的斜率與串聯(lián)電阻的公式，證明了偏離度隨串聯(lián)電阻增大而增大的相關關系.

參 考 文 獻:

[1] 魏晉云.太陽電池串聯(lián)電阻的解析解[J].太陽能,2012 (9):37-38.

[2] 魏晉云.太陽電池最大功率的穩(wěn)定性[J].云南師范大學學報：自然科學版，2012，32(5)：27-29.

[3] 魏晉云.太陽電池效率與串聯(lián)電阻的近似指數(shù)關系[J].太陽能學報,2004,25(3):356-358.

[4] 魏晉云.太陽電池填充因子與串聯(lián)電阻的線性關系[J].云南師范大學學報:自然科學版,2013,33(2):39-40.