要开始开发太阳能微型逆变器系统,了解太阳能电池的不同特性非常重要。pV电池是半导体器件,其电气特性与二极管相似。但是pV电池是电力来源,当其受到光(如太阳光)照射时会成为电流源。目前最常见的技术是单晶硅模块和多晶硅模块。pV电池的模型如图1所示。Rp和Rs为寄生电阻,在理想情况下分别为无穷大和零。
pV电池的表现会因其尺寸或与其连接的负载的类型,以及太阳光的强度(照度)而有所不同。pV电池的特性由不同环境下的不同工作电流和电压描述。
当电池暴露于太阳光下但未接入任何负载时,没有电流通过电池,而pV电池的电压达到最大值。这称为开路电压(VOC)。当电池具有负载时,电路中开始有电流通过,导致电池两端的电压开始下降。当两个端子直接相连且电压为零时,可以确定流过电池的最大电流。这称为短路电流(ISC)。
光照强度和温度可大幅影响pV电池的工作特性。电流与光照强度成正比例,但光照的变化对工作电压的影响很小。然而,工作电压受温度影响。电池温度升高会使工作电压降低,但对生成的电流影响甚微。图2说明了温度和光照对pV模块的影响。
光照强度变化对电池输出功率的影响要大于温度变化产生的影响。这对所有常用的pV材料都适用。这两种效应结合后的重要结果为,pV电池的功率会随光照强度的降低和/或温度的升高而降低。
最大功率点(Mpp)
太阳能电池可在较宽的电压和电流范围内工作。通过将受照射电池上的电阻性负载从零(短路事件)持续增加到很高的值(开路事件),可确定Mpp.Mpp是VxI达到最大值的工作点,并且在该照射强度下可实现最大功率。发生短路(pV电压等于零)或开路(pV电流等于零)事件时的输出功率为零。
高品质的单晶硅太阳能电池在其温度为25°C时可产生0.60伏开路电压。在光照充分和空气温度为25°C的情况下,给定电池的温度可能接近于45°C,这会使开路电压降至约0.55V.随着温度的提高,开路电压持续下降,直至pV模块短路。
电池温度为45°C时的最大功率通常在80%开路电压和90%短路电流的条件下产生。电池的短路电流几乎与照度成正比,而当照度降低80%时开路电压可能只会降低10%.品质较低的电池在电流增大的情况下电压会降低得更快,从而将可用的功率输出从70%降至50%,甚至只有25%.
图3给出了pV电池板的输出电流和输出功率在给定照度下与工作电压的函数关系。
太阳能微型逆变器必须确保在任何给定时间pV模块都在Mpp工作,这样才能从pV模块获取最大能量。可使用最大功率点控制环达到该目的,该控制环也称作最大功率点追踪器(MaximumpowerpointTracker,MppT)。实现高比例的Mpp追踪还需要pV输出电压纹波足够小,以便其在最大功率点附近工作时pV电流的变化不会太大。有关pV模块输出电压纹波限制的详细信息,请参见“去耦电容”一节。有关实现MppT的详细信息,请参见“最大功率点(Mpp)”一节。
pV模块的Mpp电压范围通常可定义在25V至45V的范围内,发电量约为250W,开路电压低于50V.