太阳能逆变器之电池特性分析

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V x I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(Maximum Power Point Tracker，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.