1.1.3 太阳能电池等效电路

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太阳能电池等效电路

太阳能电池等效电路有理想形式和实际形式两种，如图1-8所示，图中I_ph为光电流，此值正比于太阳能电池的面积和入射光的辐照度。1cm2太阳能电池的I_ph值为16～30mA，随着环境温度的升高，I_ph的值会略有上升。I_D为暗电流，当光电流的一部分流经负载R_L时，会在负载两端建立起端电压U，但这个电压反过来又正向偏置了PN结，因此会引起一股与光电流方向相反的暗电流I_D。暗电流方向与光电流方向相反，会抵消部分光电流。I_L为太阳能电池输出的负载电流。U_OC为太阳能电池的开路电压，是把太阳能电池置于100mW/cm2的光照下，且太阳能电池输出端开路（R_L→∞）时所测得的输出电压值。太阳能电池的开路电压与入射光辐照度的对数成正比，与环境温度成反比，与太阳能电池面积的大小无关。温度每上升1℃，U_OC值下降2～3mV，此值可用高内阻的直流毫伏计测量。R_L为电池的负载电阻。R_s为串联电阻，一般小于1Ω，主要由半导体材料的体电阻、金属电极与半导体材料的接触电阻、扩散层横向电阻以及金属电极本身的电阻4部分组成，其中扩散层横向电阻是串联电阻的主要形式。R_sh为旁路电阻，一般为几千欧，主要由太阳能电池表面污染、半导体晶体缺陷引起的边缘漏电及空间电荷区内的复合电流等原因产生。

R_s和R_sh均为硅太阳能电池本身的固有电阻，相当于电池的内阻。一个理想的太阳能电池，因为串联的R_s很小、并联的R_sh很大，所以进行理想电路计算时，可将二者忽略不计而作为理想的太阳能电池看待，其等效电路只相当于一个电流为I_ph的恒流源与一个二极管并联，如图1-8a所示。此外，硅太阳能电池等效电路理论上还应包含由PN结形成的结电容和其他分布电容，但由于太阳能电池是直流设备，没有高频交流分量，因此可将这些电容忽略不计。

因此，流过负载的电流为

图1-8 太阳能电池等效电路

a）理想形式 b）实际形式

式中 I_O——反向饱和电流，是在黑暗中通过PN结的少数载流子的空穴电流和自由电子电流的代数和；

U——等效二极管端电压；

q——电子电量，q=1.6×10-19C；

T——热力学温度；

k——玻耳兹曼常数，k=1.38×10-23J/K；

A——二极管曲线因数，取值为1～2。