中小功率光伏陣列I-V特性測試技術(shù)研究

摘要：這里采用一種基于動態(tài)電容充電方法，結(jié)合高速A／D采樣和數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)對光伏陣列的現(xiàn)場I-V特性測試。該方法具有安全性高、體積小、成本低、精度高等特點，并可用于更大功率的光伏陣列現(xiàn)場測試。詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理和測試方法，并進(jìn)行了樣機(jī)研制和現(xiàn)場測試，實驗結(jié)果表明該方法滿足工程應(yīng)用需求。
關(guān)鍵詞：光伏陣列；特性測試；動態(tài)充電電容

1 引言
太陽能電池陣列是將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，是光伏系統(tǒng)的重要組成部分，它決定了光伏系統(tǒng)的發(fā)電量。因此合理配置太陽能電池陣列，提高太陽能電池陣列的轉(zhuǎn)換效率一直是光伏系統(tǒng)設(shè)計的重點。光伏陣列I-V特性曲線測試儀可實現(xiàn)對光伏電站現(xiàn)場的光伏陣列進(jìn)行I-V特性曲線測試，并可根據(jù)當(dāng)前輻射強(qiáng)度和太陽電池結(jié)溫，進(jìn)行I-V特性曲線的預(yù)估，顯示現(xiàn)場光伏陣列的I-V，P-V等特性曲線、標(biāo)示最大功率點等，其所提供的數(shù)據(jù)可實際評估光伏電站的發(fā)電功率設(shè)計和可能的實際發(fā)電量，是光伏電站系統(tǒng)設(shè)計和施工建設(shè)的必備測量儀器。

2 光伏陣列的數(shù)學(xué)模型及伏安特性
光伏陣列數(shù)學(xué)物理模型是研究光伏陣列系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，也是評價光伏陣列性能的重要依據(jù)。通過研究光伏陣列數(shù)學(xué)物理模型，可利用現(xiàn)場測試得來的陣列數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)出不同溫度、光照強(qiáng)度下的陣列數(shù)學(xué)模型。估算出任意溫度、光照強(qiáng)度下I-V特性曲線。光伏電池等效電路如圖1所示。

由圖1可知其數(shù)學(xué)模型為：

式中：I，U分別為輸出電流和電壓；Iph為光生電流；T為電池內(nèi)部溫度；Io為二極管飽和電流；Rs，Rsh分別為內(nèi)部等效串聯(lián)和并聯(lián)電阻；q為電子電荷量；A為二極管系數(shù)；k為波爾茲曼常數(shù)，k=1．380 58x10-23J。
對式(1)進(jìn)行推導(dǎo)并簡化，得到工程上常用的光伏電池輸出特性表達(dá)式：

根據(jù)式(2)可知，僅需輸入光伏電池常用的特征參數(shù)Uoc，Isc，Um，Im，就可根據(jù)式(2)得出C1，C2的數(shù)值，將C1，C2代入式(2)中第1式便可得光伏電池的特性曲線表達(dá)式。

3 測試原理及實現(xiàn)
光伏陣列的I-V特性曲線主要反映其輸出電流與電壓之間的關(guān)系，以及輸出能力和非線性特征，如要測試其關(guān)系曲線，必須實現(xiàn)輸出電流和電壓全功率范圍的變化并予以合理的數(shù)據(jù)采集和處理，即可實現(xiàn)該陣列的特性曲線測試。