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温度对串并联单晶光伏电池电的影响

导读: 太阳能作为一种易利用、成本低、清洁能源,将会成为未来世界基础能源之一。太阳能也是一种可再生、低碳能源,可量测且技术成熟,可以满足全球对不断增长用电量的需求。在太阳能技术中,太阳光伏技术得到了广泛的应用,全球0.87%的用电是由太阳能发电提供的。

  本文使用太阳模拟器研究了温度对串、并联单晶硅太阳能电池电性能的影响。本试验在光照强度550W/cm2持续光照下测试了单个、串联、并联单晶硅太阳能电池在25-60℃范围内的电性能。实验发现电性能参数开路电压、最大功率、填充因子、效率都随着温度的升高而降低,仅有短路电流会随着温度的升高而升高。实验结果表明:串、并联晶硅太阳能电池遵从基尔霍夫定律且温度对太阳能电池的电性能有很大影响。

  1、引言

  太阳能作为一种易利用、成本低、清洁能源,将会成为未来世界基础能源之一。太阳能也是一种可再生、低碳能源,可量测且技术成熟,可以满足全球对不断增长用电量的需求。在太阳能技术中,太阳光伏技术得到了广泛的应用,全球0.87%的用电是由太阳能发电提供的。太阳能电池是光伏能量系统中最重要的一部分,根据光生伏特效应太阳能电池可以直接把光能转换成电能。硅是一种生产太阳能电池的重要原材料,例如光伏行业使用的多晶硅。硅太阳能电池是太阳能的一部分,在光伏技术领域具有应用潜力。单晶硅技术发展快,具有可满足社会能源需求的潜力。由于单晶硅太阳能电池维护成本低、可靠性高、无噪音、绿色环保,单晶硅太阳能电池发展快、应用广。太阳能电池的电性能受光强、追踪角、电池温度等环境因素的影响。太阳能电池的转换效率范围为5%-18%。非晶硅电池的效率最低,单晶硅电池的效率最高。以额定工作温度为基础,电池效率受温度影响较大,根据电池生产商提供的说明书,电池的正常工作温度为45℃±2℃。温度是影响电池质量和电性能(开路电压、短路电流、最大功率、填充因子、效率)的主要因素。电流电压特性符合公式:

  公式中I0反向饱和电流,q电子电荷,n二极管理想因子,K玻尔滋曼常数,T温度,Rs串阻,Rsh并阻,IL光生电流。

  Radziemska研究报道了温度对硅太阳能电池和二极管的正向暗电流电压特性的影响。他发现在持续100mA正向电流条件下,太阳能电池和二极管正向电压随温度的变化率为-2mV/K、1mA/K。Cuce等人研究了光强、温度对光伏太阳能电池参数的影响。Ghitas研究了入射太阳辐射光谱变化强度对太阳能电池电性的影响,发现太阳能光谱向红外方向移动,组件电性能变差。Lin等人使用分数阶增量电导法测试了光伏阵列的最大功率。Khan等人开发了一种分析方法在强光照下以太阳能电池指数模型为基础利用单个二极管的I-V曲线可以计算出二极管参数(串阻、并阻、理想因子、反向饱和电流)。Taguchi等人通过改变非掺杂非晶硅薄层的厚度深入研究了温度对本征薄层异质结(HIT)电池的影响。三洋公司Mishima等人也指出了HIT太阳能电池的发展现状。

  尽管有文献综述说明了温度是影响单晶硅太阳能电池的一个重要因素。但没有相关温度对串、并联电池电性能影响的研究。因此,本文研究了温度对串、并联单晶硅太阳能电池电性能的影响。本次试验使用太阳模拟器在光照强度550W/cm2持续光照下测试单个、串联、并联单晶硅太阳能电池在25-60℃范围内的电性能并计算出开路电压、短路电流、最大功率、填充因子和效率等参数。我们计算并详细讨论了各个参数的温度系数。

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