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太陽能逆變器之電池特性分析

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年11月14日  

要開始開發太陽能微型逆變器系統,了解太陽能電池的不同特性非常重要。pV電池是半導體器件,其電氣特性與二極管相似。但是pV電池是電力來源,當其受到光(如太陽光)照射時會成為電流源。目前最常見的技術是單晶硅模塊和多晶硅模塊。pV電池的模型如圖1所示。Rp和Rs為寄生電阻,在理想情況下分別為無窮大和零。


pV電池的表現會因其尺寸或與其連接的負載的類型,以及太陽光的強度(照度)而有所不同。pV電池的特性由不同環境下的不同工作電流和電壓描述。


當電池暴露于太陽光下但未接入任何負載時,沒有電流通過電池,而pV電池的電壓達到最大值。這稱為開路電壓(VOC)。當電池具有負載時,電路中開始有電流通過,導致電池兩端的電壓開始下降。當兩個端子直接相連且電壓為零時,可以確定流過電池的最大電流。這稱為短路電流(ISC)。


光照強度和溫度可大幅影響pV電池的工作特性。電流與光照強度成正比例,但光照的變化對工作電壓的影響很小。然而,工作電壓受溫度影響。電池溫度升高會使工作電壓降低,但對生成的電流影響甚微。圖2說明了溫度和光照對pV模塊的影響。


光照強度變化對電池輸出功率的影響要大于溫度變化產生的影響。這對所有常用的pV材料都適用。這兩種效應結合后的重要結果為,pV電池的功率會隨光照強度的降低和/或溫度的升高而降低。


最大功率點(Mpp)


太陽能電池可在較寬的電壓和電流范圍內工作。通過將受照射電池上的電阻性負載從零(短路事件)持續增加到很高的值(開路事件),可確定Mpp.Mpp是VxI達到最大值的工作點,并且在該照射強度下可實現最大功率。發生短路(pV電壓等于零)或開路(pV電流等于零)事件時的輸出功率為零。


高品質的單晶硅太陽能電池在其溫度為25°C時可產生0.60伏開路電壓。在光照充分和空氣溫度為25°C的情況下,給定電池的溫度可能接近于45°C,這會使開路電壓降至約0.55V.隨著溫度的提高,開路電壓持續下降,直至pV模塊短路。


電池溫度為45°C時的最大功率通常在80%開路電壓和90%短路電流的條件下產生。電池的短路電流幾乎與照度成正比,而當照度降低80%時開路電壓可能只會降低10%.品質較低的電池在電流增大的情況下電壓會降低得更快,從而將可用的功率輸出從70%降至50%,甚至只有25%.


圖3給出了pV電池板的輸出電流和輸出功率在給定照度下與工作電壓的函數關系。


太陽能微型逆變器必須確保在任何給定時間pV模塊都在Mpp工作,這樣才能從pV模塊獲取最大能量??墒褂米畲蠊β庶c控制環達到該目的,該控制環也稱作最大功率點追蹤器(MaximumpowerpointTracker,MppT)。實現高比例的Mpp追蹤還需要pV輸出電壓紋波足夠小,以便其在最大功率點附近工作時pV電流的變化不會太大。有關pV模塊輸出電壓紋波限制的詳細信息,請參見“去耦電容”一節。有關實現MppT的詳細信息,請參見“最大功率點(Mpp)”一節。


pV模塊的Mpp電壓范圍通??啥x在25V至45V的范圍內,發電量約為250W,開路電壓低于50V.


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