太阳能电池I-V特性

一般地说，太阳能电池由p-n结构成，其中的光能(光子)引起电子和空穴的重新组合，产生电流。因为p-n结的特性类似于二极管的特性，如图1所示的电路通常被用于简化太阳能电池的特性。

图1：简化的太阳能电池的电路模型。

电 流源IPH产生的电流正比于落在太阳能电池上的光量。在没有负载连接的时候，几乎所有产生的电流都流过二极管D，其正向电压决定太阳能电池的开路电压 (VOC)。该电压的变化严格地取决于每一种类型的太阳能电池。但是，对于大多数硅电池，其0.5V到0.8V之间的电压范围恰好就是p-n结二极管的正 向电压。

并联电阻(RP)代表实际太阳能电池中出现的微小泄漏电流，Rs代表连接损耗。随着负载电流增加，由太阳能电池所产生的大部分电流被分流到二极管并进入负载。对于大多负载电流的数值，这只对输出电压有很小的影响。

图 2所示为太阳能电池的输出特性，由于二极管的I-V特性存在微小的变化，串联电阻(Rs)上的电压降也存在微小的变化，但是，输出电压保持很大的恒定。然 而，在一些点通过内部二极管的电流是如此之小，以至于它变得偏置不够，并且，随着负载电流的增加，跨越它的电压快速减少。最后，如果所有产生的电流流过负 载并且不流过二极管的话，输出电压就为零。该电流被称为太阳能电池的短路电流(ISC)，它与VOC一道是定义工作性能的主要参数之一。因此，太阳能电池 被认为是“电流受限”的电源。当输出电流增加的时候，其输出电压降低，直到最终减少为零，如果负载电流达到其短路电流的话。

图2：典型的太阳能电池I-V特性。

在 大多数应用中，人们期望从太阳能电池获取尽可能多的功率。因为输出功率是输出电压和电流的乘积，有必要确定电池的哪一部分的工作区域产生的输出电压和电流 的乘积的数值最大，这一点被称为最大功率点(MPP)。在一种极端情况下，输出电压为其最大数值(VOC)，但是，输出电流为零；在其它极端情况下，输出 电流位其最大值(ISC)，但是，输出电压为零。在两种情况下，输出电压和电流的乘积都是零。因此，MPP必须位于两种极端情况之间的某处。

可 以容易地证明：在任何应用中，MPP实际上出现在太阳能电池的输出特性(见图3)下半部的某个位置。实际上，问题在于太阳能电池的MPP的严格位置会根据 光线和环境温度变化。因此，所设计的系统要产生最大的太阳能，就必须动态地调节太阳能电池输出的电流，以便它在实际工作条件下位于或接近MPP工作。

图3：太阳能电池输出特性。