本文根据光伏工作原理建立光伏电池模型，结合ADEL A. Hegazy的拟合曲线， 建立光伏组件表面积灰对光伏组件辐照度影响模型，仿真分析在不同积灰浓度ω 下光伏组件的输出性能， 并结合某研究院30 kW 光伏工程进行实例研究， 拟得到该光伏工程的清洁周期与清洁方法。

1 太阳能光伏电池模型

光伏电池是利用某些材料受到光照时而产生的光伏效应，将太阳能转化成电能的器件。光伏电池的等效电路如图1所示。

图1 光伏电池等效电路

图1 中Iph 为光生电流; Id 为二极管结电流;Cj为结电容; Rsh 为并联电阻( 阻值较大， 数量级为103Ω);Rs为串联电阻(阻值较小，小于1 Ω) 。

根据电路原理和SHOCKLOY 的扩散理论可得光伏电池的I-V 方程：

式中：I0 为反向饱和电流(数量级为0.1 A);q为电子电荷(1.6×10-19C) ; n 为二极管因子(取值范围1~5); k 为波尔兹曼常数(1.38×10-23 J/K);T 为绝对温度。

2 光伏组件表面积灰对输出性能影响仿真分析

根据ADEL A. Hegazy 等人得到的灰尘沉积和透光率降低的拟合公式：

式中： τ为积灰光伏组件的透光率; τclean为干净光伏组件的透光率; erf(x)为高斯误差函数。

图2 不同积灰浓度下光伏组件的P-V 图

 

由公式2可知，光伏阵列表面积灰越多，积灰光伏组件透光率越低，对光伏组件的输出性能影响越大。设置积灰浓度从0逐步增加到4g/m2，仿真分析光伏组件的输出性能如图2所示。由图2可知，随着积灰浓度的增加，单体光伏组件最大功率点数值明显下降，下降幅度分别为7.51%、13.27%、18.16%、22.24%。