2.2 双指数模型

　　在单指数模型中，在不同的电压范围内，决定IVD 的因素也不同。当电压较高时，IVD 主要由电中性区的注入电流决定;当电压较低时，IVD 主要由空间电荷区的复合电流决定。为了提高模型精度，可以综合考虑这两种情况，在等效电路中用两个参数不同的二极管来产生这两个电流，如图3 所示。

　　

　　两个二极管产生的暗电流IVD1，IVD2 可分别表示成一个指数式的形式，这就是双指数太阳能电池理论模型，其表达式为：

　　

　　式中

　　I01，A1———电中性区的饱和电流及完整性因子

　　I02，A2———空间电荷区的饱和电流及完整性因子

　　该模型不仅考虑了Rs 和Rsh 对太阳能电池性能的影响，而且用指数的形式概括地表示了不同机制下产生的IVD，并将不同电压范围内的IVD 决定因素也考虑在内，因而具有更高的精度。

　　2.3 工程应用的模型

　　上述单指数和双指数模型是基于物理原理的最基本的解析表达式，已被广泛应用于太阳能电池的理论分析中。但由于表达式中的参数，包括Iph，I0(或I01，I02)，Rs，Rsh 和A(或A1，A2)与电池温度和日射强度都有关，确定起来十分困难，因此不便于工程应用，在太阳能电池供应商向用户提供的技术参数中也不包括这些参数。

　　工程用模型强调的是实用性与精确性的结合。

　　实际应用中，在设计各种系统时，考虑到数字仿真和模拟时的动态反应速度及计算工作量，必须尽可能在工程精度允许的条件下简化模型。

　　工程用太阳电池的模型通常要求仅采用供应商提供的几个重要技术参数，如短路电流Isc、开路电压Uoc、最大功率点电流Im、最大功率点电压Um、最大功率点功率Pm，就能在一定的精度下复现阵列的特性，并便于计算机分析。

　　鉴于单指数模型已足以精确描述太阳能电池的伏安特性，下面将在单指数模型的基础上，通过忽略(U+IRs)/Rsh 项和设定Iph=Isc，得到工程实用的太阳能电池模型。忽略(U+IRs)/Rsh 项，是因为在通常情况下Rsh 较大，有几百到几千欧，该项远小于光电流;设定Iph=Isc，是因为在通常情况下Rs 远小于二极管正向导通电阻。

　　此外，定义：

　　①开路状态下，I=0，U=Uoc;

　　②最大功率点时，U=Um，I=Im。

　　据此，太阳能电池的I-V 方程可简化为：

　　

　　在最大功率点时，U=Um，I=Im，可得：

　　

　　由于在常温条件下exp[Um/(C2Uoc)])1，因此可忽略式中的“- 1”项，解出：

　　

　　注意到开路状态下，当I=0 时，U=Uoc，于是有：

　　

　　可见，该模型只需输入太阳电池通常的技术参数Isc，Uoc，Im，Um，即可求出C1 和C2。从Isc，Uoc，Im，Um的变化中可体现出光照强度和电池温度的变化。工程应用中可通过实测曲线来设置这4 个参数，亦可通过近似的函数来描述这组参数的变化。通常可近似认为Isc，Uoc 分别随温度和光照强度呈线性变化。

　　3 太阳能电池阵模拟器的设计

　　3.1 总体结构

　　太阳阵模拟器本质上是一个电源，其输出端的I-U 特性曲线能够模拟太阳电池的I-U 曲线特性。模拟器带有与计算机接口，可根据计算机给定的太阳电池阵特征参数进行设定。

　　为了较真实地模拟实际电源系统，并使仿真系统具备测试功能，太阳阵模拟器要以太阳能电池电路为基本单位，以多个模块并联的形式构成。对于卫星电源系统，一般每个卫星拥有两个太阳翼，每个太阳翼有多个同种或不同种太阳能电池阵列并联构成，同时由于输出调节的需要，每个支路模块还分为上、下两段。因此，模拟器的设计应以每个分段为模块，通过多个模块的串并联实现对卫星电源阵的模拟。图4示出太阳电池模拟器的系统框图。

　　

　　每个支路由两个模拟器模块组成，上段和下段之间接分流调节器，每个支路通过隔离二极管接到直流母线上。要求每个模块的状态可以单独设置，以模拟电池阵光照不均匀的状态以及某些支路出现故障的状态;同时还可以快速更新所有支路的工作条件，以便在环境变化时进行快速模拟。