太陽能逆變器之電池特性分析

要開始開發(fā)太陽能微型逆變器系統(tǒng)，了解太陽能電池的不同特性非常重要。PV電池是半導(dǎo)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(dāng)其受到光(如太陽光)照射時(shí)會(huì)成為電流源。目前最常見的技術(shù)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(xiàn)會(huì)因其尺寸或與其連接的負(fù)載的類型，以及太陽光的強(qiáng)度(照度)而有所不同。PV電池的特性由不同環(huán)境下的不同工作電流和電壓描述。

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

光照強(qiáng)度和溫度可大幅影響PV電池的工作特性。電流與光照強(qiáng)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(huì)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(qiáng)度變化對電池輸出功率的影響要大于溫度變化產(chǎn)生的影響。這對所有常用的PV材料都適用。這兩種效應(yīng)結(jié)合后的重要結(jié)果為，PV電池的功率會(huì)隨光照強(qiáng)度的降低和/或溫度的升高而降低。

最大功率點(diǎn)(MPP)

太陽能電池可在較寬的電壓和電流范圍內(nèi)工作。通過將受照射電池上的電阻性負(fù)載從零(短路事件)持續(xù)增加到很高的值(開路事件)，可確定MPP.MPP是V x I達(dá)到最大值的工作點(diǎn)，并且在該照射強(qiáng)度下可實(shí)現(xiàn)最大功率。發(fā)生短路(PV電壓等于零)或開路(PV電流等于零)事件時(shí)的輸出功率為零。

高品質(zhì)的單晶硅太陽能電池在其溫度為25°C時(shí)可產(chǎn)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(huì)使開路電壓降至約0.55V.隨著溫度的提高，開路電壓持續(xù)下降，直至PV模塊短路。

電池溫度為45°C時(shí)的最大功率通常在80%開路電壓和90%短路電流的條件下產(chǎn)生。電池的短路電流幾乎與照度成正比，而當(dāng)照度降低80%時(shí)開路電壓可能只會(huì)降低10%.品質(zhì)較低的電池在電流增大的情況下電壓會(huì)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(shù)關(guān)系。

太陽能微型逆變器必須確保在任何給定時(shí)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(diǎn)控制環(huán)達(dá)到該目的，該控制環(huán)也稱作最大功率點(diǎn)追蹤器(Maximum Power Point Tracker，MPPT)。實(shí)現(xiàn)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(diǎn)附近工作時(shí)PV電流的變化不會(huì)太大。有關(guān)PV模塊輸出電壓紋波限制的詳細(xì)信息，請參見“去耦電容”一節(jié)。有關(guān)實(shí)現(xiàn)MPPT的詳細(xì)信息，請參見“最大功率點(diǎn)(MPP)”一節(jié)。

PV模塊的MPP電壓范圍通常可定義在25V至45V的范圍內(nèi)，發(fā)電量約為250W，開路電壓低于50V.