中小功率光伏阵列I-V特性测试技术研究

摘要：这里采用一种基于动态电容充电方法，结合高速A／D采样和数据处理，实现对光伏阵列的现场I-V特性测试。该方法具有安全性高、体积小、成本低、精度高等特点，并可用于更大功率的光伏阵列现场测试。详细介绍了系统的结构原理和测试方法，并进行了样机研制和现场测试，实验结果表明该方法满足工程应用需求。
关键词：光伏阵列；特性测试；动态充电电容

1 引言
太阳能电池阵列是将太阳能转换成电能的装置，是光伏系统的重要组成部分，它决定了光伏系统的发电量。因此合理配置太阳能电池阵列，提高太阳能电池阵列的转换效率一直是光伏系统设计的重点。光伏阵列I-V特性曲线测试仪可实现对光伏电站现场的光伏阵列进行I-V特性曲线测试，并可根据当前辐射强度和太阳电池结温，进行I-V特性曲线的预估，显示现场光伏阵列的I-V，P-V等特性曲线、标示最大功率点等，其所提供的数据可实际评估光伏电站的发电功率设计和可能的实际发电量，是光伏电站系统设计和施工建设的必备测量仪器。

2 光伏阵列的数学模型及伏安特性
光伏阵列数学物理模型是研究光伏阵列系统的理论基础，也是评价光伏阵列性能的重要依据。通过研究光伏阵列数学物理模型，可利用现场测试得来的阵列数学模型推导出不同温度、光照强度下的阵列数学模型。估算出任意温度、光照强度下I-V特性曲线。光伏电池等效电路如图1所示。

由图1可知其数学模型为：

式中：I，U分别为输出电流和电压；Iph为光生电流；T为电池内部温度；Io为二极管饱和电流；Rs，Rsh分别为内部等效串联和并联电阻；q为电子电荷量；A为二极管系数；k为波尔兹曼常数，k=1．380 58x10-23J。
对式(1)进行推导并简化，得到工程上常用的光伏电池输出特性表达式：

根据式(2)可知，仅需输入光伏电池常用的特征参数Uoc，Isc，Um，Im，就可根据式(2)得出C1，C2的数值，将C1，C2代入式(2)中第1式便可得光伏电池的特性曲线表达式。

3 测试原理及实现
光伏阵列的I-V特性曲线主要反映其输出电流与电压之间的关系，以及输出能力和非线性特征，如要测试其关系曲线，必须实现输出电流和电压全功率范围的变化并予以合理的数据采集和处理，即可实现该阵列的特性曲线测试。