中心議題：

• 太陽電池的電學特性
• 太陽電池輸出特性分析
• 太陽電池換熱係數的影響

解決方案：

• 采用小串聯內阻的太陽電池提高光強
• 換熱係數越高
  ，係統的性能越好

能源是人類麵臨經濟發展和環境維護平衡時需要解決的最根本最重要的問題。能源儲存的有限量問題促使人類去開發
、尋找
、應用新的替代能源。太陽能是一種極為豐富的清潔能源
，地球每年接受的太陽能總量為l×1018kwh
，相當於5×1014桶原油(是探明原油儲量的近幹倍)，是shi世shi界jie年nian耗hao總zong能neng量liang的de一yi萬wan多duo倍bei。由you於yu通tong常chang最zui普pu遍bian的de而er且qie最zui方fang便bian使shi用yong的de是shi電dian能neng，太tai陽yang光guang伏fu發fa電dian技ji術shu能neng將jiang太tai陽yang能neng直zhi接jie轉zhuan換huan為wei電dian能neng，因yin而er是shi最zui有you應ying用yong前qian景jing的de太tai陽yang能neng利li用yong方fang式shi。

目(mu)前(qian)，太(tai)陽(yang)光(guang)伏(fu)發(fa)電(dian)在(zai)航(hang)天(tian)技(ji)術(shu)上(shang)已(yi)發(fa)揮(hui)了(le)很(hen)大(da)作(zuo)用(yong)
，成(cheng)為(wei)航(hang)天(tian)器(qi)的(de)重(zhong)要(yao)電(dian)源(yuan)，在(zai)地(di)麵(mian)上(shang)的(de)應(ying)用(yong)也(ye)愈(yu)來(lai)愈(yu)廣(guang)泛(fan)。但(dan)光(guang)伏(fu)發(fa)電(dian)的(de)成(cheng)本(ben)太(tai)高(gao)，還(hai)無(wu)法(fa)與(yu)常(chang)規(gui)能(neng)源(yuan)發(fa)電(dian)相(xiang)競(jing)爭(zheng)。因(yin)此(ci)降(jiang)低(di)光(guang)伏(fu)發(fa)電(dian)的(de)成(cheng)本(ben)，對(dui)於(yu)提(ti)高(gao)光(guang)伏(fu)發(fa)電(dian)的(de)競(jing)爭(zheng)力(li)
，促(cu)進(jin)光(guang)伏(fu)發(fa)電(dian)的(de)推(tui)廣(guang)應(ying)用(yong)具(ju)有(you)重(zhong)要(yao)意(yi)義(yi)。通(tong)過(guo)改(gai)進(jin)電(dian)池(chi)製(zhi)造(zao)工(gong)藝(yi)
、caiyongxinjishutigaozhuanhuanxiaolv，keyijiangdiguangfufadiandechengben，danjiangdidebufabijiaohuanman。caiqujuguangfangfa，keyishitaiyangdianchigongzuozaijibeinaizhijibaibeideguangqiangtiaojianxia
，congerkeyidadajiangdiguangfufadiandechengben，juyoulianghaodeyingyongqianjing。danmuqianjuguangguangfufadianjishuhaihenbuchengshu，congerxianzhilezheyijishudeguangfanyingyong。

本ben文wen建jian立li了le聚ju光guang光guang伏fu發fa電dian係xi統tong的de數shu學xue模mo型xing，然ran後hou對dui不bu同tong聚ju光guang光guang伏fu發fa電dian係xi統tong方fang案an的de熱re電dian特te性xing進jin行xing了le計ji算suan和he分fen析xi
，得de到dao了le太tai陽yang電dian池chi的de串chuan聯lian電dian阻zu和he換huan熱re係xi數shu對dui係xi統tong輸shu出chu性xing能neng的de影ying響xiang規gui律lv以yi及ji不bu同tong冷leng卻que方fang式shi下xia太tai陽yang電dian池chi工gong作zuo溫wen度du隨sui光guang強qiang的de變bian化hua規gui律lv。

1.數學物理模型的建立

太陽電池的電學特性方程

如果在太陽電池兩端接上一個負載電阻RI，那麼太陽電池在工作狀態下的等效電路如圖l所示。它相當於一個電流為J9h的恒流源與一隻正向二極管並聯。流過二極管的正向電流在太陽電池中稱為暗電流Id。Rsh稱為旁路電阻．主要由下列幾種因素引起：如表麵沾汙而產生的沿著電池邊緣的表麵漏電流
；沿著位錯微觀裂縫
、晶粒間界和晶體缺陷等形成的細小橋路而產生的漏電流。Rs稱為串聯電阻，係由擴散頂區的表麵電阻、電池的體電阻和上下電極與太陽電池之間的歐姆電阻及金屬導體的電阻構成的。

根據圖l所示的等效電路可知，流過負載的電流為：



由(you)上(shang)述(shu)模(mo)型(xing)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，太(tai)陽(yang)電(dian)他(ta)的(de)輸(shu)出(chu)特(te)性(xing)和(he)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)不(bu)可(ke)能(neng)通(tong)過(guo)分(fen)析(xi)解(jie)來(lai)得(de)到(dao)
，必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)迭(die)代(dai)和(he)數(shu)值(zhi)模(mo)擬(ni)的(de)方(fang)法(fa)得(de)到(dao)。計(ji)算(suan)方(fang)法(fa)是(shi)通(tong)過(guo)熱(re)平(ping)衡(heng)方(fang)程(cheng)得(de)到(dao)太(tai)陽(yang)電(dian)他(ta)的(de)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)，然(ran)後(hou)通(tong)過(guo)太(tai)陽(yang)電(dian)他(ta)的(de)電(dian)特(te)性(xing)方(fang)程(cheng)計(ji)算(suan)電(dian)他(ta)的(de)伏(fu)安(an)特(te)性(xing)，得(de)到(dao)太(tai)陽(yang)電(dian)他(ta)的(de)峰(feng)值(zhi)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)、轉換效率等參數，然後再把新的轉換效率代入熱平衡方程進行新一輪計算，直到滿足計算精度為止。

2計算結果和分析

本文以直徑為10cm的de圓yuan形xing單dan晶jing矽gui太tai陽yang電dian池chi為wei例li
，對dui不bu同tong串chuan聯lian內nei阻zu和he換huan熱re係xi數shu下xia的de太tai陽yang電dian池chi輸shu出chu特te性xing和he工gong作zuo溫wen度du進jin行xing了le數shu值zhi模mo擬ni，下xia麵mian就jiu計ji算suan結jie果guo進jin行xing詳xiang細xi討tao論lun。
[page]
2．1串聯內阻的影響


由前麵太陽電池的等效電路可以看出，串聯內阻會降低短路電流，降低負載兩端的電壓，引起電池轉換效率的下降。圖2和圖3分(fen)別(bie)為(wei)不(bu)同(tong)串(chuan)聯(lian)內(nei)阻(zu)的(de)太(tai)陽(yang)電(dian)池(chi)峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)和(he)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)隨(sui)光(guang)強(qiang)的(de)變(bian)化(hua)規(gui)律(lv)。從(cong)圖(tu)中(zhong)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，隨(sui)著(zhe)光(guang)強(qiang)的(de)增(zeng)加(jia)，串(chuan)聯(lian)電(dian)阻(zu)的(de)影(ying)響(xiang)越(yue)來(lai)越(yue)顯(xian)著(zhu)
，串(chuan)聯(lian)內(nei)阻(zu)越(yue)高(gao)，隨(sui)著(zhe)光(guang)強(qiang)的(de)升(sheng)高(gao)，其(qi)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)下(xia)降(jiang)的(de)越(yue)快(kuai)。

從圖2也ye可ke以yi看kan出chu

，太tai陽yang電dian池chi的de峰feng值zhi功gong率lv隨sui光guang強qiang的de升sheng高gao而er首shou先xian直zhi線xian上shang升sheng
，升sheng高gao到dao一yi定ding程cheng度du後hou
，曲qu線xian變bian得de平ping緩huan。不bu同tong串chuan聯lian內nei阻zu的de太tai陽yang電dian池chi峰feng值zhi功gong率lv變bian化hua曲qu線xian的de拐guai點dian如ru表biaol所示。對於直徑為10cm的常規太陽電池，其串聯內阻一般在0．05—0．010之間。由表l可知，若采用聚光係統性能好(串聯內阻小)的常規太陽電池最多可以在20倍(bei)光(guang)強(qiang)下(xia)工(gong)作(zuo)，能(neng)得(de)到(dao)較(jiao)好(hao)的(de)效(xiao)果(guo)，若(ruo)再(zai)增(zeng)加(jia)光(guang)強(qiang)
，收(shou)效(xiao)很(hen)小(xiao)，反(fan)而(er)增(zeng)加(jia)了(le)成(cheng)本(ben)。對(dui)於(yu)一(yi)般(ban)常(chang)規(gui)太(tai)陽(yang)電(dian)池(chi)可(ke)能(neng)隻(zhi)能(neng)在(zai)幾(ji)倍(bei)光(guang)強(qiang)下(xia)得(de)到(dao)較(jiao)好(hao)的(de)收(shou)益(yi)。若(ruo)想(xiang)使(shi)太(tai)陽(yang)電(dian)池(chi)工(gong)作(zuo)在(zai)更(geng)高(gao)的(de)光(guang)強(qiang)下(xia)，必(bi)須(xu)采(cai)取(qu)措(cuo)施(shi)

，降(jiang)低(di)電(dian)池(chi)的(de)串(chuan)聯(lian)內(nei)阻(zu)，這(zhe)樣(yang)勢(shi)必(bi)會(hui)增(zeng)加(jia)大(da)陽(yang)電(dian)池(chi)的(de)成(cheng)本(ben)，而(er)且(qie)串(chuan)聯(lian)電(dian)阻(zu)越(yue)小(xiao)，其(qi)成(cheng)本(ben)會(hui)越(yue)高(gao)
，因(yin)此(ci)並(bing)不(bu)是(shi)光(guang)強(qiang)越(yue)高(gao)越(yue)好(hao)
，而(er)是(shi)存(cun)在(zai)一(yi)個(ge)成(cheng)本(ben)最(zui)低(di)的(de)最(zui)佳(jia)光(guang)強(qiang)。



2．2換熱係數的影響

taiyangguangzhaoshedaotaiyangdianchishang，yibufenzhuanbianweidian
，erdabufenquezhuanbianweire


，shitaiyangdianchiwendushenggao，congeryingxiangtaiyangdianchidexingneng。zaitongyangtiaojianxia，butongdelengquefangshihegongkuang，taiyangdianchidegongzuowenduyebutong，yejiushidianchidexingnengyebutong。erlengquefangshihegongkuangdebutongzhuyaobiaoxianweihuanrexishudebutong。tu4—圖6給gei出chu了le換huan熱re係xi數shu對dui係xi統tong性xing能neng的de影ying響xiang規gui律lv。從cong圖tu中zhong可ke以yi看kan出chu

，換huan熱re係xi數shu越yue高gao，係xi統tong的de性xing能neng越yue好hao

，而er且qie隨sui著zhe光guang強qiang的de升sheng高gao，換huan熱re係xi數shu的de影ying響xiang越yue來lai越yue顯xian著zhu。



空氣自然對流換熱係數的最高值為10W/(m2•K)
，從圖中可以看出
，在該換熱係數下時，在5個太陽下，太陽電池的溫度就超過了U2℃。因此對於采用空氣自然對流的聚光光伏發電係統，最多可以工作在4個太陽下。水自然對流的換熱係數在200一1000W/(m2•K)之間
，從圖中可以看出
，當換熱係數為200W／(m2•K)時，在29個太陽下，太陽電他的溫度達到100℃；當換熱係數為1000W/(m2•K)時
，在134個太陽下，太陽電他的溫度達到100℃。因此對於采用水自然對流冷卻的聚光發電係統來說，根據水流速的不同
，可以工作在29一134個太陽下。若再進一步提高光強
，就需要采用水的強製對流來實現。

1)在zai特te定ding的de串chuan聯lian內nei阻zu下xia，太tai陽yang電dian他ta的de峰feng值zhi功gong率lv首shou先xian隨sui光guang強qiang的de升sheng高gao而er直zhi線xian升sheng高gao，升sheng高gao到dao一yi定ding程cheng度du後hou曲qu線xian曲qu線xian變bian得de平ping緩huan。曲qu線xian的de拐guai點dian隨sui串chuan聯lian內nei阻zu的de降jiang低di而er升sheng高gao。一yi般ban常chang規gui電dian池chi隻zhi能neng工gong作zuo在zai幾ji個ge到dao20個太陽之間，能夠得到較好的收益。若想進一步提高光強，必須采用小串聯內阻的太陽電池。

2)huanrexishuyuegao
，xitongdexingnengyuehao，erqiesuizheguangqiangdeshenggao，huanrexishudeyingxiangyuelaiyuexianzhu。caiyongkongqiziranduiliudejuguangguangfufadianxitong
，zuiduokeyigongzuozai29一134個太陽下。