【文章內(nèi)容簡介】 太陽能電池的輸出特性是指太陽能電池在一定的溫度和日照強度下所表現(xiàn)出來的伏安特性，即輸出電壓和輸出電流之間的對應(yīng)關(guān)系，常簡稱為IF特性。由于日照強度、電池溫度等都會影響太陽能電池的特性，因此需要定義標(biāo)準(zhǔn)測試條件用于地面測試太陽能電池性能。我國應(yīng)用的準(zhǔn)測試條件定義為日照強度為1000W/㎡，太陽能電池溫度為25℃。一般的太陽能電池組件生產(chǎn)商均提供上述標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的五個參數(shù)。當(dāng)太陽能電池輸出電壓比較小時，隨著電壓的變化，輸出電流的變化很小，太陽能電池近似為一恒流源，當(dāng)太陽能電池輸出電壓超過一定的臨界值時，太陽能電池輸出電流急劇下降，太陽能電池可近似為一恒壓源。太陽能電池的輸出特性是非線性的，既非恒流源也非恒壓源(在最大功率點左側(cè)為近似恒流源段，在最大功率點右側(cè)為近似恒壓源段)，且在一定的電池溫度和日照強度下有唯一的最大輸出功率點。(二)溫度和日照強度對太陽能電池輸出特性的影響太陽能電池的IV特性曲線與日照強度和電池溫度有關(guān)，分別為不同日照光強和不同電池溫度時，太陽能電池的輸出特性曲線。當(dāng)溫度一定時，太陽能電池短路電流Isc隨日照強度的增加而增加，并與日照強度成正比，太陽能電池開路電壓Uo隨日照強度的增加稍有增加，但增加很小，當(dāng)日照強度一定時，電池溫度升高，太陽能電池開路電壓Uo降低，而太陽能電池的短路電流Isc有輕微的增加。 鉛酸蓄電池儲能是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，尤其對于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，儲能環(huán)節(jié)更是不可缺少的組成部分。儲能系統(tǒng)的好壞直接影響到光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能在實際的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，儲能部分又是最易受損、最易消耗的部分。所以獲得最佳的儲能系統(tǒng)成為光伏系統(tǒng)設(shè)計的重要組成部分。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)中通常使用蓄電池實現(xiàn)儲能，常用蓄電池屬于電化學(xué)電池。蓄電池在充電時把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來，放電時把儲存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能提供給負(fù)載使用。一般來講，光伏發(fā)電系統(tǒng)白天把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過充電器和蓄電池把電能儲存起來，晚上再通過放電器把儲存在蓄電池里的電能放出來使用。其中常用的蓄電池有鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池和鎳氫蓄電池。目前中國用于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池除有少量用于高寒戶外系統(tǒng)采用鎳鎘蓄電池外，絕大多數(shù)是采用鉛酸蓄電池。在小型的太陽能草坪燈和便攜式太陽能供電系統(tǒng)中使用鎳鎘或鎳氫蓄電池比較多。 鉛酸蓄電池充電控制方法在太陽能獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，對鉛酸蓄電池使用的充電控制方法直接影響到系統(tǒng)的性能。充電控制方法的優(yōu)劣影響到鉛酸蓄電池的荷電量的大小，同時也關(guān)系到鉛酸蓄電池的使用壽命。而電荷量的大小決定著太陽能獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)向負(fù)載供電的能力、鉛酸蓄電池的使用壽命關(guān)系到系統(tǒng)的成本、造價以及系統(tǒng)的使用壽命，因此選擇合理的充電控制方法是提高太陽能獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)性能的有效手段。目前鉛酸蓄電池常用的充電控制包括恒流充電、恒壓充電、兩階段和三階段充電等方法，(一)恒流充電恒流充電就是以一定的電流進行充電，在充電過程中隨著鉛酸蓄電池電壓的變化要進行電流調(diào)整使之恒定不變。這種方法特別適合于多個鉛酸蓄電池串聯(lián)的鉛酸蓄電池組進行充電，能使落后的鉛酸蓄電池的容量易于得到恢復(fù)，最好用于小電流長時間的充電模式。這種充電方式的不足之處在于:鉛酸蓄電池開始充電電流偏小，在充電后期充電電流又偏大，充電電壓偏高，整個充電過程時間長。(二)恒壓充電法恒壓充電就是以一恒定電壓對鉛酸蓄電池進行充電。在充電初期由于鉛酸蓄電池電壓較低，充電電流較大，但隨著鉛酸蓄電池電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。在充電末期只有很小的電流通過，這樣充電過程中就不必調(diào)整電流。相對恒流電來說，此法的充電電流自動減少，所以充電過程中析氣量小，充電時間短，能耗低。這種充電方法不足之處在于:在充電初期，如果鉛酸蓄電池放電深度過深，充電電流會很大，不僅危及充電器的安全，而且鉛酸蓄電池可能因過流而受到損傷。如果鉛酸蓄電池電壓過低，后期充電電流又過小，充電時間過長，不適合串聯(lián)數(shù)量多的鉛酸蓄電池組充電。鉛酸蓄電池電壓的變化很難補償，充電過程中對落后電池的完全充電也很難完成。這種充電方法在小型的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中經(jīng)常用到，因為這種系統(tǒng)中來自太陽能電池陣列的電流不會太大，而且這種系統(tǒng)中鉛酸蓄電池組串聯(lián)不多。(三)兩階段充電法這種方法是為了克服恒流與恒壓充電的缺點而結(jié)合的一種充電策略。它首先對鉛酸蓄電池采用恒流充電方式充電，鉛酸蓄電池充電到達一定容量后，然后采用恒壓充電方式充電。采用這種充電方式，在充電初期，鉛酸蓄電池不會出現(xiàn)很大的電流，在充電后期也不會出現(xiàn)鉛酸蓄電池電壓過高，使鉛酸蓄電池產(chǎn)生析氣。(四)三階段充電法三階段充電法是在兩階段充電完畢后，鉛酸蓄電池容量己經(jīng)達到額定容量時，再繼續(xù)以很小的電流向鉛酸蓄電池充電以彌補鉛酸蓄電池由于自放電損失的電量，這種以小電流充電的方式也稱為浮充。在浮充時，鉛酸蓄電池充電電壓要比恒壓階段的充電電壓低。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，綜合考慮日照強度以及環(huán)境溫度對光伏系統(tǒng)充電電流的影響、鉛酸蓄電池性能以及系統(tǒng)成本等因素，使用三階段充電法對鉛酸蓄電池充電較為合理。3 太陽能電池最大功率點跟蹤目前，太陽能電池陣列在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)造價中占很大比重，而且太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率本身就不高，因此有必要研究提高太陽能電池利用效率的方法，以降低系統(tǒng)單位價格的成本，促進太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用推廣。太陽能電池最大功率點跟蹤(Maximum Power Point Tracking ，簡稱MPPT)是其中的途徑之一，它能最大程度的利用太陽能電池轉(zhuǎn)化所得的電能。 太陽能電池最大功率點跟蹤原理由第二章可知，太陽能電池的輸出特性受電池溫度和日照強度等因素的影響，電池溫度主要影響太陽能電池的開路電壓，日照強度主要影響太陽能電池的短路電流。在一定日照強度和溫度下，太陽能電池有唯一的最大輸出功率點，太陽能電池只有工作在最大功率點才能使其輸出的功率最大。 太陽能電池最大功率點跟蹤方法目前使用的太陽能電池最大功率點跟蹤方法主要有恒電壓法、觀察擾動法、電導(dǎo)增量法以及其它的一些跟蹤方法。1. 恒電壓法（簡稱CVT）溫度一定時，在不同的日照強度下，太陽能電池陣列輸出曲線的最大功率點基本是分布在一條垂直線的附近，因此只要保持太陽能電池陣列輸出電壓為常數(shù)且等于某一日照強度下太陽能電池陣列最大功率點的電壓，就可以大致保證在該溫度下太陽能電池陣列輸出最大功率。恒電壓法具有控制簡單，易于實現(xiàn)，穩(wěn)定性好，可靠性高等優(yōu)點，比一般太陽能光伏系統(tǒng)可望多獲得20%的電能，較之不帶CVT的直接藕合要有利得多。然而恒電壓法忽略了太陽能電池溫度對太陽能電池陣列最大功率點的影響，一般硅太陽能電池的開路電壓都在較大程度上受結(jié)溫影響，以常規(guī)單晶硅太陽能電池而言，當(dāng)太陽能電池溫度每升高1℃時，%%，這說明太陽能電池的最大功率點對應(yīng)的電壓也隨電池溫度的變化而變化，其中對太陽能電池溫度影響最大的因素是環(huán)境溫度和日照強度。因此對于四季溫差或日溫差較大的地區(qū)，CVT方式并不能完全跟蹤太陽能電池陣列最大功率點，從而導(dǎo)致系統(tǒng)功率損失。研究結(jié)果表明，雖然許多太陽能光伏系統(tǒng)仍然采用這種最大功率點跟蹤方法，但這種方式所帶來的功率損耗相比于微電子技術(shù)的迅速發(fā)展及微電子器件的大幅度降價，已經(jīng)顯得很不經(jīng)濟。2. 擾動觀察法擾動觀察法的原理是:在每個控制周期用較小的步長改變太陽能電池陣列的輸出，改變的步長是一定的，方向可以是增加也可以是減少，控制對象可以是太陽能電池陣列的輸出電壓或電流，這一過程稱為“擾動”。然后，通過比較干擾周期前后太陽能電池陣列的輸出功率，如果輸出功率增加，那么繼續(xù)按照上一周期