中小功率光伏陣列I-V特性測試技術研究

摘要：這里采用一種基于動態電容充電方法，結合高速A／D采樣和數據處理，實現對光伏陣列的現場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場測試。詳細介紹了系統的結構原理和測試方法，并進行了樣機研制和現場測試，實驗結果表明該方法滿足工程應用需求。
關鍵詞：光伏陣列；特性測試；動態充電電容

1 引言
太陽能電池陣列是將太陽能轉換成電能的裝置，是光伏系統的重要組成部分，它決定了光伏系統的發電量。因此合理配置太陽能電池陣列，提高太陽能電池陣列的轉換效率一直是光伏系統設計的重點。光伏陣列I-V特性曲線測試儀可實現對光伏電站現場的光伏陣列進行I-V特性曲線測試，并可根據當前輻射強度和太陽電池結溫，進行I-V特性曲線的預估，顯示現場光伏陣列的I-V，P-V等特性曲線、標示最大功率點等，其所提供的數據可實際評估光伏電站的發電功率設計和可能的實際發電量，是光伏電站系統設計和施工建設的必備測量儀器。

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

由圖1可知其數學模型為：

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

根據式(2)可知，僅需輸入光伏電池常用的特征參數Uoc，Isc，Um，Im，就可根據式(2)得出C1，C2的數值，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式。

3 測試原理及實現
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系，以及輸出能力和非線性特征，如要測試其關系曲線，必須實現輸出電流和電壓全功率范圍的變化并予以合理的數據采集和處理，即可實現該陣列的特性曲線測試。