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)

，shishijienianhaozongnengliangdeyiwanduobei。youyutongchangzuipubiandeerqiezuifangbianshiyongdeshidianneng，taiyangguangfufadianjishunengjiangtaiyangnengzhijiezhuanhuanweidianneng，yinershizuiyouyingyongqianjingdetaiyangnengliyongfangshi。

muqian
，taiyangguangfufadianzaihangtianjishushangyifahuilehendazuoyong，chengweihangtianqidezhongyaodianyuan
，zaidimianshangdeyingyongyeyulaiyuguangfan。danguangfufadiandechengbentaigao，haiwufayuchangguinengyuanfadianxiangjingzheng。yincijiangdiguangfufadiandechengben
，duiyutigaoguangfufadiandejingzhengli，cujinguangfufadiandetuiguangyingyongjuyouzhongyaoyiyi。tongguogaijindianchizhizaogongyi、caiyongxinjishutigaozhuanhuanxiaolv

，keyijiangdiguangfufadiandechengben，danjiangdidebufabijiaohuanman。caiqujuguangfangfa，keyishitaiyangdianchigongzuozaijibeinaizhijibaibeideguangqiangtiaojianxia，congerkeyidadajiangdiguangfufadiandechengben，juyoulianghaodeyingyongqianjing。danmuqianjuguangguangfufadianjishuhaihenbuchengshu，congerxianzhilezheyijishudeguangfanyingyong。

benwenjianlilejuguangguangfufadianxitongdeshuxuemoxing，ranhouduibutongjuguangguangfufadianxitongfanganderediantexingjinxinglejisuanhefenxi，dedaoletaiyangdianchidechuanliandianzuhehuanrexishuduixitongshuchuxingnengdeyingxiangguilvyijibutonglengquefangshixiataiyangdianchigongzuowendusuiguangqiangdebianhuaguilv。

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。
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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3fenbieweibutongchuanlianneizudetaiyangdianchifengzhigonglvhezhuanhuanxiaolvsuiguangqiangdebianhuaguilv。congtuzhongkeyikanchu，suizheguangqiangdezengjia，chuanliandianzudeyingxiangyuelaiyuexianzhu，chuanlianneizuyuegao
，suizheguangqiangdeshenggao
，qizhuanhuanxiaolvxiajiangdeyuekuai。

從圖2yekeyikanchu，taiyangdianchidefengzhigonglvsuiguangqiangdeshenggaoershouxianzhixianshangsheng，shenggaodaoyidingchengduhou

，quxianbiandepinghuan。butongchuanlianneizudetaiyangdianchifengzhigonglvbianhuaquxiandeguaidianrubiaol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20beiguangqiangxiagongzuo
，nengdedaojiaohaodexiaoguo

，ruozaizengjiaguangqiang，shouxiaohenxiao，fanerzengjialechengben。duiyuyibanchangguitaiyangdianchikenengzhinengzaijibeiguangqiangxiadedaojiaohaodeshouyi。ruoxiangshitaiyangdianchigongzuozaigenggaodeguangqiangxia
，bixucaiqucuoshi，jiangdidianchidechuanlianneizu，zheyangshibihuizengjiadayangdianchidechengben，erqiechuanliandianzuyuexiao
，qichengbenhuiyuegao，yincibingbushiguangqiangyuegaoyuehao，ershicunzaiyigechengbenzuididezuijiaguangqiang。



2．2換熱係數的影響

太tai陽yang光guang照zhao射she到dao太tai陽yang電dian池chi上shang，一yi部bu分fen轉zhuan變bian為wei電dian
，而er大da部bu分fen卻que轉zhuan變bian為wei熱re，使shi太tai陽yang電dian池chi溫wen度du升sheng高gao
，從cong而er影ying響xiang太tai陽yang電dian池chi的de性xing能neng。在zai同tong樣yang條tiao件jian下xia，不bu同tong的de冷leng卻que方fang式shi和he工gong況kuang，太tai陽yang電dian池chi的de工gong作zuo溫wen度du也ye不bu同tong
，也ye就jiu是shi電dian池chi的de性xing能neng也ye不bu同tong。而er冷leng卻que方fang式shi和he工gong況kuang的de不bu同tong主zhu要yao表biao現xian為wei換huan熱re係xi數shu的de不bu同tong。圖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)zaitedingdechuanlianneizuxia，taiyangdiantadefengzhigonglvshouxiansuiguangqiangdeshenggaoerzhixianshenggao，shenggaodaoyidingchengduhouquxianquxianbiandepinghuan。quxiandeguaidiansuichuanlianneizudejiangdiershenggao。yibanchangguidianchizhinenggongzuozaijigedao20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)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)。采(cai)用(yong)空(kong)氣(qi)自(zi)然(ran)對(dui)流(liu)的(de)聚(ju)光(guang)光(guang)伏(fu)發(fa)電(dian)係(xi)統(tong)，最(zui)多(duo)可(ke)以(yi)工(gong)作(zuo)在(zai)29一134個太陽下。