一种辐照传感器用太阳电池最优外接串联电阻的选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种辐照传感器用太阳电池最优外接串联电阻的选择方法，属于光伏 系统技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着光伏系统的发展，光伏效率的评估显得尤为重要。光伏系统效率一般指实际 发电输出与到达光伏方阵表面辐照总量的比值，辐照的准确、快速测量对光伏系统效率评 估至关重要。而光伏效率评估的辐照强度的计算主要靠太阳辐射传感器实现，一种是由组 合热电堆电路组成，能较准确反应辐射强度，但不能体现辐射光谱差异对光伏发电到来的 影响。另一种则采用太阳电池作为太阳总辐射传感器，与光伏发电的太阳电池光谱响应基 本一致，消除了辐射光谱差异对光伏发电的影响。
[0003] 以太阳电池作为总辐射传感器的基本原理是：太阳电池将辐照强度值转换为短路 电流值，再通过串联高精度电阻作为负载将其转换为电压值，最后将电阻与单片机相连，单 片机采集负载两端的电压信号进行运算，如图1所示，最终将辐照值在液晶显示屏上（LCD) 显示出来。与测量过程相关的参数分别为：负载两端的电压值U(单位：V)，流过负载的电路 值I (单位:A)，电阻值R (单位：Ω )，辐照强度Η (单位:W/m2)。
[0004] 在一定辐照强度下，负载R从0变到无穷大时，测得其两端电压U和流过的电流I 之间呈如图2所示的曲线，即太阳能板的伏安特性曲线（I-V曲线），图中队。:开路电压，为 在一定温度和辐照度条件下，太阳能电池在空载（开路）情况下的端电压；Is。:短路电流， 为在一定的温度和辐照度条件下，太阳电池在端电压为零时的输出电流。
[0005] 在一定太阳辐照度和工作温度条件下，伏安特性曲线上的任何一点都是工作点， 工作点和原点的连线称为负载线，负载线斜率的倒数即为负载电阻R的值，与工作点对应 的横坐标称为工作电压U，纵坐标为工作电流I。当辐照强度变化时，我们期望负载两端的 电流与辐照值呈线性（或近似线性）关系，这样当单片机采集到负载两端电压信号后即可 直接乘以一个系数K(K值由实验得出）从而得到辐照值。如对某组件的测试有如下表1数 据：
[0006] 表1某组件在不同辐照强度下的电压电流测试数据
[0009] 其辐照强度与电流关系曲线如图3所示。
[0010] 然而我们在测试辐照计的过程中发现，太阳能电池板所接负载阻值大小的不同对 上述线性关系影响很大，说明以太阳电池作为传感器，选择合适的负载至关重要。
【发明内容】
[0011] 本发明提供一种辐照传感器用太阳电池最优外接串联电阻的选择方法，保障以太 阳能电池板作为传感器测量辐照强度的一类辐照测试仪的测试精度。
[0012] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0013] 一种辐照传感器用太阳电池最优外接串联电阻的选择方法，包括以下步骤：
[0014] 1)测试出太阳能电池板在标准辐照强度下的开路电压和短路电流I
[0015] 2)利用公式
求出对应的电阻值R ;
[0016] 3)在
范围内选择电阻作为太阳能电池板的外接串联电阻。
[0017] 按本发明方法快捷选择太阳电池板最优化串联电阻，可在不用测试太阳电池的 I-V曲线的情况下，保证不同辐照强度与对应的工作电流呈线性关系，最终保障辐照仪测试 值的准确性。
【附图说明】
[0018] 图1为采用太阳电池作为太阳总辐射传感器的太阳电池与负载、单片机的连接原 理图；
[0019] 图2为太阳电池的伏安特性曲线；
[0020] 图3为表1所测试的组件的辐照强度与电流关系曲线；
[0021] 图4为太阳电池的伏安特性曲线中的最佳负载电阻；
[0022] 图5为太阳电池在不同辐照强度下的I-V曲线图；
[0023] 图6为图5的不同辐照强度下的太阳电池连接不同负载的负载线示意图；
[0024] 图7为负载电阻
时，工作电流I与辐照强度Η的关系图；
[0025] 图8为负载电阻」
时，工作电流I与辐照强度Η的关系图；
[0026] 图9为负载电阻
·时，工作电流I与辐照强度Η的关系图；
[0027] 图10为负载电阻
·时，工作电流I与辐照强度Η的关系图；
[0028] 图11为单片机采集负载电压信号测量辐照强度的流程图。
【具体实施方式】
[0029] 现结合附图和【具体实施方式】详细对本发明作进一步详细说明。
[0030] 如图4所示，在太阳电池的伏安特性曲线上，当负载电阻&为某一值RJ寸，在曲线 上得到一点Μ，使得对应的工作电流1"和工作电压U "的乘积（功率）为最大，则此时的I " 为最佳工作电流，Um为最佳工作电压，Rm为最佳负载电阻。
[0033] 其中，Iph为太阳电池的光生电流；I。为与暗电流相关的指数前因子；q为单位电荷 量；A为二极管因子；k为普朗克常量；T为太阳电池PN结的绝对温度。
[0034] 系数I。，A, k，T由太阳电池本身结构决定。
[0036] 现有技术中，可用式（1)、（2)、（3)确定最佳负载电阻大小，但繁琐的计算过程不 可避免。相比之下，本发明采用通过测量太阳电池的。与I s。来确定选择负载电阻范围则 要方便得多。
[0037] 为确定最终串联电阻选择范围，本发明将通过分析以下各种情况下，不同串联电 阻值对太阳电池板工作电流、电压、辐照值之间关系的影响，证明其合理性。
[0038] 为了更形象地描述上述关系，以一块某型号的太阳能电池板为例，测试出其在辐 照强度分别为l〇〇〇W/m2, 800W/m2, 600W/m2, 400W/m2, 200W/m2时对应的开路电压U。。与短路电 流Is。，然后在太阳能电池板两端串联一个可变电阻，分别在上述各辐照强度下，通过不断改 变其阻值，得到数十组可变电阻两端的电压值以及电流值，输入Excel，最终绘制出伏安特 性曲线如图5所示。
[0039] 负载电阻值的确定：
[0040] (1)取负载电阻
时
[0041] 前述已提及，伏安特性曲线上某一点与坐标原点的连线称为负载线，其斜率的倒 数为所接负载R的电阻值。由图5中读出，在1000W/m2辐照强度下，I se= 88mA = 0. 088A， 1^= 6. 05V，令
[0042] 在图5上过原点以々为斜率作直线与I-V曲线相交，如图6中的负载线I所 示，读出各交点数据如下表2所示：
[0043] 之前已将所测数据输入Excel得到I-V曲线图如图5所示，此时作出负载线与I-V 曲线相交后，即可在图5中查看得到各交点数据的值。
[0044] 表2负载线I与I-V曲线相交的电压电流数据
[0046] 作工作电流I与辐照强度Η的关系图如图7