太陽能逆變器電池特性分析與描述

　　要開始開發太陽能微型逆變器系統，了解太陽能電池的不同特性非常重要。PV電池是半導體器件，其電氣特性與二極管相似。但是PV電池是電力來源，當其受到光（如太陽光）照射時會成為電流源。目前最常見的技術是單晶硅模塊和多晶硅模塊。PV電池的模型如圖1所示。Rp和Rs為寄生電阻，在理想情況下分別為無窮大和零。

　　PV電池的表現會因其尺寸或與其連接的負載的類型，以及太陽光的強度（照度）而有所不同。PV電池的特性由不同環境下的不同工作電流和電壓描述。

　　當電池暴露于太陽光下但未接入任何負載時，沒有電流通過電池，而PV電池的電壓達到最大值。這稱為開路電壓（VOC）。當電池具有負載時，電路中開始有電流通過，導致電池兩端的電壓開始下降。當兩個端子直接相連且電壓為零時，可以確定流過電池的最大電流。這稱為短路電流（ISC）。

　　光照強度和溫度可大幅影響PV電池的工作特性。電流與光照強度成正比例，但光照的變化對工作電壓的影響很小。然而，工作電壓受溫度影響。電池溫度升高會使工作電壓降低，但對生成的電流影響甚微。圖2說明了溫度和光照對PV模塊的影響。

　　光照強度變化對電池輸出功率的影響要大于溫度變化產生的影響。這對所有常用的PV材料都適用。這兩種效應結合后的重要結果為，PV電池的功率會隨光照強度的降低和/或溫度的升高而降低。

　　最大功率點（MPP）

　　太陽能電池可在較寬的電壓和電流范圍內工作。通過將受照射電池上的電阻性負載從零（短路事件）持續增加到很高的值（開路事件），可確定MPP.MPP是V x I達到最大值的工作點，并且在該照射強度下可實現最大功率。發生短路（PV電壓等于零）或開路（PV電流等于零）事件時的輸出功率為零。

　　高品質的單晶硅太陽能電池在其溫度為25°C時可產生0.60伏開路電壓。在光照充分和空氣溫度為25°C的情況下，給定電池的溫度可能接近于45°C，這會使開路電壓降至約0.55V.隨著溫度的提高，開路電壓持續下降，直至PV模塊短路。

　　電池溫度為45°C時的最大功率通常在80%開路電壓和90%短路電流的條件下產生。電池的短路電流幾乎與照度成正比，而當照度降低80%時開路電壓可能只會降低10%.品質較低的電池在電流增大的情況下電壓會降低得更快，從而將可用的功率輸出從70%降至50%，甚至只有25%.

　　圖3給出了PV電池板的輸出電流和輸出功率在給定照度下與工作電壓的函數關系。

　　太陽能微型逆變器必須確保在任何給定時間PV模塊都在MPP工作，這樣才能從PV模塊獲取最大能量。可使用最大功率點控制環達到該目的，該控制環也稱作最大功率點追蹤器（Maximum Power Point Tracker，MPPT）。實現高比例的MPP追蹤還需要PV輸出電壓紋波足夠小，以便其在最大功率點附近工作時PV電流的變化不會太大。有關PV模塊輸出電壓紋波限制的詳細信息，請參見“去耦電容”一節。有關實現MPPT的詳細信息，請參見“最大功率點（MPP）”一節。

　　PV模塊的MPP電壓范圍通常可定義在25V至45V的范圍內，發電量約為250W，開路電壓低于50V.