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(dòng)態(tài)電容充電方法，結合高速A／D采樣和數據處理，實(shí)現對光伏陣列的現場(chǎng)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(diǎn)，并可用于更大功率的光伏陣列現場(chǎng)測試。詳細介紹了系統的結構原理和測試方法，并進(jìn)行了樣機研制和現場(chǎng)測試，實(shí)驗結果表明該方法滿(mǎn)足工程應用需求。
關(guān)鍵詞：光伏陣列；特性測試；動(dòng)態(tài)充電電容

1 引言
太陽(yáng)能電池陣列是將太陽(yáng)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(fā)電量。因此合理配置太陽(yáng)能電池陣列，提高太陽(yáng)能電池陣列的轉換效率一直是光伏系統設計的重點(diǎn)。光伏陣列I-V特性曲線(xiàn)測試儀可實(shí)現對光伏電站現場(chǎng)的光伏陣列進(jìn)行I-V特性曲線(xiàn)測試，并可根據當前輻射強度和太陽(yáng)電池結溫，進(jìn)行I-V特性曲線(xiàn)的預估，顯示現場(chǎng)光伏陣列的I-V，P-V等特性曲線(xiàn)、標示最大功率點(diǎn)等，其所提供的數據可實(shí)際評估光伏電站的發(fā)電功率設計和可能的實(shí)際發(fā)電量，是光伏電站系統設計和施工建設的必備測量?jì)x器。

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

由圖1可知其數學(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為電池內部溫度；Io為二極管飽和電流；Rs，Rsh分別為內部等效串聯(lián)和并聯(lián)電阻；q為電子電荷量；A為二極管系數；k為波爾茲曼常數，k=1．380 58x10-23J。
對式(1)進(jìn)行推導并簡(jiǎn)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(xiàn)表達式。

3 測試原理及實(shí)現
光伏陣列的I-V特性曲線(xiàn)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(xiàn)性特征，如要測試其關(guān)系曲線(xiàn)，必須實(shí)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(shí)現該陣列的特性曲線(xiàn)測試。