图 1-1  光伏发电应用分类

我们也可以预见在不远的将来，光伏发电将在世界能源消费结构中占有越来越多的份额，成为重要的代替能源。

1.2  课题国内外研究现状

2 光伏电池

光伏电池的工作原理是基于半导体PN结光伏效应（简称光伏效应）的基础上的能量转换，使太阳辐射能直接转换成电能。所谓的光伏效应是指有些特殊的材料被光照射之后，会影响其内部电荷分布引起材料的电位和电流的变化。论文网

图2-1  光生伏特效应原理图

若把P型和N型半导体相接，两种半导体中电子和空穴浓度的差别将导致电子和空穴的扩散，这样在交界面处就形成了一个PN结，并在PN结的两边形成一个从N区指向P区的内电场。如图2-1所示，当太阳光照射在PN结上时，电子吸收光能并向N型区流动，空穴则向P型区流动，从而使得N型区呈负电，P型区呈正电，结果在PN结两端就产生了电动势。如果用导线将P型和N型半导体连接就能够在外部回路中产生电流，并且产生的短路电流的大小与光照度成正比。

目前，光伏发电系统广泛使用硅光伏电池作为其光电转换器件，硅光伏电池的生产工艺技术成熟，并已进入大规模产业化生产，具有非常大的商业价值。

2.1  光伏电池的数学模型

通过对光伏电池工作原理的简单了解和认识，不难发现光伏电池就相当于一个大的二极管，其等效电路如图2-2所示。

图2-2  光伏电池等效电路图

图中， 伏电池中由光能激发的电流，它取决于光照度、温度等因素； 为二极管电流，它的方向刚好与 ； 为旁漏电阻，是由电池不清洁或电池内部缺陷造成的； 为串联电阻； 为负载电阻，光伏电池的负载电流（输出电流）是 ，负载电压（输出电压）是 。

由图2-2得：

                     （2-1）

一般来说，光伏电池的串联电阻 很小，而并联电阻 很大。由于 一般为数千欧姆且并联在电路中，故在进行理想电路计算时可以不考虑，则理想的光伏电池特性为：

                                  （2-2）

则有：

                              （2-3）

虽然式(2-2)和式(2-3)未考虑 的影响导致与真实的光伏电池之间产生了小的偏差，但它们在本质上仍可以表达日照强度和环境温度对光伏电池的影响。

由式(2-2)可知，在外电路短路试验即负载短接时文献综述， 。

当 时， ，则由式(2-3)可算得开路电压为

                     （2-4）

上述所有等式中的参数将由表2-1中集中给出，以供参考。

表2-1 光伏电池等效电路参数表

参数名 描述 类型

光伏电池输出电流 变量

光伏电池输出电压 变量

光伏电池反向饱和电流 变量

T 光伏电池温度 变量

k 玻耳兹曼常量 常量 1.38×10-23J/K

  光生电流 变量

q