關于太陽能電池陣模擬器的設計

1 引言

　　太陽能（Solar Energy），一般是指太陽光的輻射能量，在現代一般用作發(fā)電。自地球形成生物就主要以太陽提供的熱和光生存，而自古人類也懂得以陽光曬干物件，并作為保存食物的方法，如制鹽和曬咸魚等。但在化石燃料減少下，才有意把太陽能進一步發(fā)展。太陽能的利用有被動式利用（光熱轉換）和光電轉換兩種方式。太陽能發(fā)電一種新興的可再生能源。目前，在航天電源領域內，絕大多數衛(wèi)星電源均使用太陽能電池作為其動力核心。衛(wèi)星電源的性能直接影響到衛(wèi)星的性能和工作壽命，對衛(wèi)星的正常運行和使用也有重大的影響。因此，為了提高電源系統(tǒng)的性能和可靠性，對衛(wèi)星電源系統(tǒng)進行仿真和測試評估具有十分重要的意義。

　　衛(wèi)星的空間工作條件惡劣且復雜，溫度范圍大，日照條件變化迅速，且太陽能電池方陣處于高能粒子輻射下，在地面上無法采用實際的太陽能電池方陣來再現衛(wèi)星在空間軌道中的工作狀態(tài)，因此需要采用太陽能電池模擬器（Solar Array Simulator，簡稱SAS）來模擬太陽能電池陣在空間的工作狀況。SAS是衛(wèi)星電源模擬器的重要組成部分，其主要任務是真實地遵循太陽能電池方陣在各種復雜空間條件下的實際輸出特性曲線，在衛(wèi)星的地面測試階段代替太陽能電池方陣為衛(wèi)星上的各分系統(tǒng)供電。

　　2 太陽能電池的數學模型

　　根據太陽能電池原理和圖1 所示的實際測量結果建立了多種模型，用于太陽能電池的測試和應用研究。事實證明，這些模型具有足夠的工程精度。

　　2.1 單指數模型

　　圖2 示出太陽能電池的等效電路。

　　Iph 取決于太陽能電池各工作區(qū)的半導體材料性質和電池幾何結構參數以及入射光強、表面反射率、前后表面復合速度、材料吸收系數等。由于器件的瞬時響應時間相比于絕大多數光伏系統(tǒng)的時間常數顯得微不足道，因此分析中可忽略結電容。設定圖中所示的電壓、電流為正方向，由固體物理理論和全電路歐姆定律即可推出目前常用的單指數形式的太陽能電池模型：

　　式中

　　I0———二極管反向飽和電流

　　q———電子電荷

　　I———電池的輸出電流

　　K———波爾茲曼常數

　　T———絕對溫度

　　A———二極管品質因子（曲線因子），一般A=1～2：