電池板IU特徵曲線是用來研究電池板電阻的變化規律的特徵曲線圖，圖像常以縱坐標表示通過電池板的電流I、橫坐標表示電池板兩端的電壓U，以此畫出的I-U圖像叫做導體的電池板IU特徵曲線。
基本介紹
- 中文名：電池板IU特徵曲線
- 外文名：IU characteristic curve of battery board
- 別名：電池板伏安特徵曲線
- 學科：物理學
- 作用：研究電池板電阻的變化規律
- 實際套用：提高光電轉換率
引言,模型的建立,等效電路,等效模型建立,輸出特性,串並聯方式,不同光照強度,不同溫度,總結,
引言
化石能源即將枯竭現狀的威逼和日益嚴峻的環境問題的壓力，使得儲量無限、使用清潔無污染的太陽能成為人們所青睞的能源之一。而光電轉換是太陽能利用的主要手段，太陽能電池板則是實現光電轉換必不可少的器件。在電量消耗中照明用電占總用電量的14%，所以研究光伏LED照明系統符合綠色節能的發展理念。而其中太陽能電池板的特性是整個系統研究套用的基本出發點，掌握了電池板的輸出特性就能選擇合適的跟蹤方法對其最大功率點準確跟蹤，提高光電轉換率。根據電池板的輸出曲線和跟蹤方法可以檢驗對電池板最大功率點的跟蹤效果，以使整個光伏照明系統高效可靠。自從電池板的出現，對其特性的研究就未曾間斷過。只是等效電路中的並聯電阻容易在簡化的分析中被忽略，這對單板的特性研究影響較小，但在電池板組件的組裝使用過程中，這種影響以及產生的誤差就不得不被考慮。
模型的建立
等效電路
在光照強度不變時，光電池產生的電流基本保持不變，等效電路中可以將其看成恆流源。光生電流通過負載產生的電壓又使p-n結正偏，產生與光電流方向相反的暗電流Id。此外，由於電池板材料本身的電阻率在光生電流的作用下會引起電池板內部的串聯損耗，引入串聯電阻Rs。而且由於工藝的必然缺陷會使電池板產生漏電流，引入並聯電阻Rsh。由此可以得出太陽能電池板的等效電路圖。
等效模型建立
為了了解電池板輸出特性，首先在外界環境穩定的理想情況下，對電池板模組進行仿真，將光照強度和溫度分別設定為1000W/m2和25℃。為下面將要進行變化的溫度、光照強度下電池板的特性曲線分析，以及不同串並聯個數電池板輸出特性曲線分析做好基礎。其中，A取值為1.5。根據12V-50W太陽能電池板的參數，開路電壓為22V，短路電流為2.6A，按照公式(1)~(5)在Simulink中建立仿真模組。
從圖中可以看出太陽能電池板的輸出電流隨著輸出電壓的增大先保持不變隨後快速減小；電池板的輸出功率隨著輸出電壓的增大先增大，達到最大功率點後隨著輸出電壓的增大又迅速減小。這反映的內在關係是：在電池板負載電阻值增大的過程中，它的輸出電流剛開始基本保持不變，然後快速減小。只有當負載電阻值達到與電池板內阻相匹配的時候，電池板輸出最大功率。
輸出特性
串並聯方式
由於光伏照明系統中照明設備的額定工作電壓和電流一般比單個太陽能電池板的輸出電壓和電流大，所以在光伏照明系統中將許多塊電池板進行串並聯連線後使用。下面分別對不同並聯電池板個數和不同串聯電池板個數的模型進行仿真，其電壓-功率仿真結果曲線如所示。從圖中可以看出，隨著並聯電池板個數的增加，最大功率值也增加，但最大功率所對應的電壓在減小，即當並聯的電池板數量較多時電池板工作在較小的電壓即可達到最大功率。而這種變化在並聯電池板個數增加到3個後就基本停止，輸出曲線基本不變。圖(a)中曲線由下到上表示電池板並聯個數分別為1、2、3、4、5、6。圖(b)中橫軸的分度值比較大使得左邊的第一條曲線看起來很小，而且也使曲線下降看起來很陡直。從圖(b)可以看出，電池板的輸出功率仍然是隨著輸出電壓的增大先增大後減小。但是隨著串聯電池板個數的增加，最大功率峰值先逐漸增大，超過一定值後輸出曲線中最大功率峰值保持不變。
不同光照強度
在研究光照強度對電池板的影響時，為了消除溫度的影響，在參考溫度T0為300K時設定當前溫度為恆定值300K。取Ir0為1000W/m2為標準光照強度，根據公式：
Iph=Isc·[1+m(T-T0)]Ir/Ir0
來判斷其他各光照強度下的光生電流值。式中Ir為當前光照強度。建立變化光照強度下的電池板仿真模組，其中光照強度的變化過程是以單位延遲模組產生的。為了與光照強度變化的頻率相一致，電壓信號設定為周期2s的鋸齒波。在Simulink建立的光照強度變化時電池板仿真模型中，光照強度和輸出電壓變化的仿真模組如圖5所示。
設定仿真時間為5s，可以得出在光照強度為200、400、600、800、1000W/m2下太陽能電池板的輸出特性曲線。仿真結果如圖6所示。圖中，(a)、(b)中的曲線從下到上光照強度依次分別為200、400、600、800、1000W/m2。
從圖中可以看出太陽能電池板的輸出電壓隨著光照強度的增大基本保持不變，而輸出電流隨著光照強度的增強而增大。
不同溫度
從公式(6)可以看出，光生電流也是溫度的函式。為消除光照強度的影響，標準光照強度Ir和當前光照強度Ir0都取值為1000W/m2。在電池板的短路電流溫度係數m取值0.003A/K的情況下可計算出不同溫度下的光生電流大小。此外，溫度也會對開路電壓產生影響。
總結
從輸出曲線可以看出，電池板的輸出電流隨著輸出電壓的增大先基本保持不變，然後快速減小；輸出功率隨著電壓的不斷增大，先增大再減小。此外，電池板最大功率處所對應的電壓值會隨著並聯電池板的數量增加而減小，但當並聯電池板數量超過3時輸出曲線就基本保持不變；最大功率峰值會隨著串聯電池板數量的增加先增大，當串聯電池板數量超過一定值時最大功率值開始保持不變。而且太陽能電池板的輸出功率隨著光照強度的增強而增大，隨著溫度的升高而減小，所以光伏照明系統中，電池板應儘可能在低溫的條件下增強光照強度。
