太阳电池的参数及介绍

1.光的参数

(1)发光强度

发光强度简称光强，国际单位是candela(坎德拉)，简写为cd。1cd(即1 000mcd)是指单色光源(频率为540×1012 Hz，波长为0.550μm)在给定方向上单位立体角内的发光强度。发光强度单位最初是使用蜡烛定义的，单位为烛光。1948年第九届国际计量大会上决定采用处于铂凝固点温度的黑体作为发光体，同时发光强度的单位定名为坎德拉，曾一度称为新烛光。1967年第十三届国际计量大会对坎德拉做了更加严密的定义，1979年第十六届国际计量大会决定采用现行的新定义。

(2)光通量

光通量单位是流明(lm)，通常用Φ来表示。它用来计量所发的光总量，发光强度为1 cd的光源，向周围空间均匀发出4π流明的光能量。

(3)照度

照度即光照强度，其物理意义是照射在某一面积上的光通量。照度的单位是每平方米的流明(lm)数，也称勒克斯(lux)，简写为lx。当1 lm光通量的光照强度照射到1 m2的面积上时，该面积所受的照度就是1 lx。

2.太阳电池及组件的电气参数

太阳电池及组件电气的性能参数有:开路电压Uoc、短路电流Isc、最佳工作电压Um、最佳工作电流Im、最大功率Pm、填充因子FF、转换效率η、串联电阻Rs、并联电阻Rsh。

这9个参数直接或间接地反映出电池片、电池组件电性的优劣，测试得出的数据可直接检验电池片、电池组件是否合格。

(1)开路电压

在标准条件下，光伏发电器件在空载(开路)情况下的端电压，称为太阳电池的开路电压，通常用Uoc表示。

(2)短路电流

在标准情况下，光伏发电器在端电压为零时的输出电流，通常用Isc表示。

(3)最佳工作电压

太阳电池伏安特性曲线上最大功率点所对应的电压，通常用Um表示。

(4)最佳工作电流

太阳电池伏安特性曲线上最大功率点所对应的电流，通常用Im表示。

(5)最大功率

在太阳电池的伏安特性曲线上，电流和电压乘积的最大值。

(6)填充因子

填充因子又称曲线因子，是指太阳电池的最大功率与开路电压和短路电流乘积之比，通常用FF表示，即

(7)转换效率

太阳电池是一种可将太阳能直接转换成电能的半导体光电器件，可将太阳能能量按比例转换成电能。太阳电池的转换效率即为输入太阳能能量与输出功率之比。即

为正确定义太阳电池的效率，需要附加一些必要的条件，国际电工标准化委员会(IEC)规定如下:地面用太阳电池的额定效率需要在温度25℃、光照强度1 000W/m2及符合IEC规定的空气质量标准的基准光下进行测定，这些条件统称为测试的基本状态。因此，生产厂家对生产的太阳能光伏组件，出厂检验时均按上述规定进行，并必须明确标志在铭牌上。

(8)串联电阻

串联电阻指太阳电池内部的与PN结或MIS结等串联的电阻，主要包括半导体材料电阻、薄层电阻、电极接触电阻等部分。除此之外，电池组件串联电阻还应包括互联条、汇流条电阻及导线电阻。实际测量中，不可能准确测量串联电阻，这是由于采样电阻、测量仪表的准确度不同会造成测量误差，因此各种测试设备测试值显示差异较大。

(9)并联电阻

并联电阻指太阳电池内部与跨接在电池两端电阻的等效电阻。该值在实际测量中，也很难准确测得，原因与测量串联电阻相同，通常并联电阻的准确度比串联电阻准确度更低。

(10)暗电流

在光照情况下，产生于太阳电池内部与光生电流方向相反的正方向结电流称为暗电流。

(11)暗特性曲线

在无光照条件下给太阳电池施加外部偏压所得到的伏安特性曲线，称为太阳电池的暗特性曲线。

(12)光谱响应

光谱响应又叫光谱灵敏度，是指各个波长上，单位辐照度所产生的短路电流密度与波长的函数关系。

(13)组件效率

组件效率指按组件外形(尺寸)面积计算的转换效率(注意:含铝边框)。

例如，组件效率计算如下(以本书实例)。

组件面积:1 956mm×992mm=1 940 352mm2=1.940 352m2

标准光强下应产生的功率:1.940 352m2×1 000W/m2=1 940.352W

实际功率假设为300W，则电池组件效率η=300W/1 940.352W≈15.46%

(14)相对光谱响应

相对光谱响应又叫相对光谱灵敏度，它是以某一特定的波长(通常是光谱响应的最大值)进行归一化的光谱响应。

3.影响太阳电池转换效率的因素

(1)日照强度的影响

日照强度E对伏安特性的影响可用图1－13所示的几组曲线说明:只要太阳光谱组件温度不变，转换效率受日照强度影响并不非常显著;只有当E＜0.2 kW/m2时，效率开始明显下降。

(2)工作温度的影响

工作温度对太阳电池组件伏安特性的影响较大，一般条件下，温度升高，电流、电压的额定值均会有变化，但在25℃标准温度左右各项指标与参数变化不大，这也是电池测试条件均要求温度在25℃的原因。在光伏系统工程设计时应对组件温度升高或降低增加温度修正系数，使系统工作在最佳状态。

4.标准太阳电池

标准太阳电池用来校准测试光源的辐射照度。实际检测时的标准太阳电池一般为AM1.5工作标准太阳电池。

(1)种类

标准太阳电池通常分成三级，分别为一级标准太阳电池、二级标准太阳电池、工作标准太阳电池。

一级标准太阳电池通常指的是国家级的标准电池，由国家指定的法律测量单位使用并维护;二级标准太阳电池是以以及标准电池为基准，在规定精度的太阳模拟器下进行标定、复制而成的标准太阳电池，通常公司级的标准太阳电池指的就是二级标准太阳电池;工作标准太阳电池是以二级标准太阳电池为基准，在规定太阳模拟器下标定、复制后用于日常测试的标准太阳电池。该电池通常指生产中由巡检员进行设备校准的电池。

除此之外，还有用来校准单色光辐照度的光谱标准太阳电池以及带滤光片的标准太阳电池，这种电池用单晶硅太阳电池加适当滤光片将其光谱响应修正到与非晶硅太阳电池基本一致，可作为非晶硅太阳电池测试时的标准太阳电池。

(2)标准测试条件

太阳电池的标准测试条件为:①温度为(25±2)℃;②光源辐照度为1 000W/m2，并具有标准太阳光谱辐照度分布。

(3)标准工作条件

标准工作条件是用标准太阳电池测量的辐照度为1 000W/m2，具有标准太阳光谱辐照度分布，并且太阳电池温度为组件的电池额定工作温度(NOCT)。

(4)组建的电池额定温度

在辐照度为800W/m2、环境温度为20℃、风速为1m/s、电池处于开路状态且在中午时太阳光垂直射到敞开安装于框架中的组件上时，测得的组件内太阳电池的平均平衡温度称为组件的电池额定工作温度(Nominal Operating Cell Temperature，NOCT)。