摘 要

本文主要借助Matlab软件，通过数学方法对太阳能电池I-V曲线中五个参数进行了提取。对太阳能的研究是当前的热门项目，而太阳能电池性能参数的提取则是各种太阳能应用研究的基础。

本文主要研究了太阳能电池五个性能参数的提取。太阳电池I-V曲线主要包含五个参数，分别是并联电阻，串联电阻，光生电流，反向饱和电流还有理想因子。根据固体物理知识，由此曲线可推导出一个包含这五个参数的电压电流输出方程，这个方程是非线性超越方程，参数无法直接求解。可以使用显函数法和解析法来提取太阳电池性能参数。

本文的创新点是使用了解析法中对太阳能电池电流电压方程求一阶导的方式提取具体参数，所求参数代入原方程后与文献数据拟合误差很小。在文献资料的基础上分析了显函数法和解析法的优劣，并对影响提取参数精度的因素进行了分析。

关键词：I-V曲线；显函数法；解析法

Abstract

In this paper, five important parameters of solar cell were extracted by a mathematical method. Currently solar energy is a hot research field, and the solar cell performance parameters extracting is the basis of all kinds of solar cell research.

In this paper, the main focus is how to extract the five important performance parameters of solar cell. The I-V curve of solar cell contains five parameters, which are named as parallel resistance, series resistance, photocurrent, the reverse saturation current as well as rational factor. According to the knowledge of the solid-state physics, the I-V curve of solar cell corresponds to a nonlinear transcendental equation, which contains the above five parameters. But these parameters can not be solved directly. They can be extracted by using an explicit function method and analytical method.

The innovation of this paper is that the first derivative method is used to extract the specific parameters contained in the current and voltage equation of the solar cell. It is found that the error is acceptable by comparing the extracted parameters with the literature data . On the basis of the literature, results of the explicit function method and the analytical method are analyzed, and the factors affecting the accuracy of the extraction parameters are also discussed.

Keywords: current-voltage curve；explicit function method；analytical method.

目 录

摘要 2

Abstract 3

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1国外研究结果 2

1.2.2国内研究成果 3

第二章 太阳电池与电路的研究与工具 4

2.1太阳电池定义 4

2.1.1太阳电池工作原理 4

2.2太阳电池的曲线研究 4

2.3 MATLAB仿真工具介绍 6

第三章 两种主要方法的比较 7

3.1引言 7

3.2两种方法的对比 7

3.3均方根误差 8

3.4拟合结果分析 8

3.5两种方法对比 9

3.6初值对显函数法的影响 10

3.7最大功率点对解析法的影响 11

3.8两种提取方法对比分析 11

第四章 两种解析提取方法对比 12

4.1一阶求导解析法 12

4.1.1 方法概述 12

4.1.2 I-V实验数据 14

4.1.3提取结果 15

4.1.4 拟合图像 15

4.2基于二阶导的解析法 16

4.2.1方法概述 16

4.2.2求解思路 17

4.2.3实验数据 18

4.2.4 二阶导拟合图像 19

4.4结果分析 20

第五章 总结与展望 21

5.1总结 21

5.2展望 21

参考文献 22

致谢 23

第一章 绪论

1.1研究背景

人类的发展史与能源密不可分。通过研究历史发现，人类社会的每次进步都伴随着新型能源的开发与使用。在现代国家的发展历史中，能源始终占据重要的地位，为了争夺能源所爆发的战争依旧影响着人类社会。现在，传统的能源如石油、煤炭、天然气等不可再生资源的供应已经愈发紧张，许多方面的发展都会受到限制。同时在过去的两百年里，由于人类由于大量使用石油、煤炭、天然气等不可再生资源作为能量，已经对地球的环境造成了很大影响。在这种情况下，对于新能源的需求也越发迫切。

人们希望，即将成为主要能源的新能源具有安全，使用中不产生污染物和有害物，可重复利用或有再生的特点。在这样的前提下，太阳能作为一种新兴能源成为现在人们的主要关注点。太阳光的产生方式主要通过太阳内部的氢原子发生聚变效应产生氦原子，同时释放出巨大核能，并向外进行辐射到地球.^[1]当前占据人类能源主导地位的能源如石油、煤炭、天然气等在某种意义上也可以称作是太阳能。目前太阳能的使用方式包括光电转换与光热转换这两种。太阳能的光电转换主要由半导体材料组成的太阳能电池完成，而光热转换主要通过对接收到的太阳能进行聚合，将其中的能量导出并对其他物体进行加热。

在太阳能的使用中太阳电池发电处于最重要的位置。自从两位美国科学家通过大量实验制作出了太阳电池，并将其用于发电，人类对光能的使用就迎来了新局面。此后，随着社会对新能源开发的重视程度与日俱增，光电池发电技术也开始了迅猛的发展。到2006年全球已经拥有十几座兆瓦级太阳能发电系统，6座兆瓦级联网发电系统。其中，美国是最早制订光伏发电的发展规划的国家，日本、德国对光伏发电也有了足够的重视，这两个国家都通过一系列的政策促进本国光伏发电技术与市场的发展。在此之后世界各国也纷纷提出自己国家光伏发电的发展政策，对相应技术进行大力扶持。从此，世界各国的太阳能发电技术都得到了重大发展，如图1-1所示。从上世纪九十年代开始，太阳能电池发电开始在人们的电能使用中占据一席之地，得到能源市场的认可。与此同时，随着技术的进步，太阳能电池发电的效率也在不断提高，所需要的成本也在不断下降，总体呈现出一个良好的发展趋势。^[2]