1、光伏系统与 PSpice 基础入门

光伏系统与 PSpice 基础入门

1 光伏系统概述

光伏（PV）系统通过将太阳能直接转化为电能来发电。这一简单的原理背后，是复杂的技术支撑，主要用于制造高效的太阳能电池。太阳能电池是光伏系统的核心组件，需要采用半导体加工技术，以实现低成本、高效率的生产。虽然详细了解太阳能电池如何发电超出了本文的范围，但正确理解其电气输出特性是理解光伏系统的基础。

光伏系统是模块化的，由多个组件构成，可以根据需求进行扩展或缩小。其功率范围跨度极大，从毫瓦级的手表供电，到兆瓦级的通信卫星或并网地面光伏电站，应用场景广泛。尽管应用场景不同，但基本的工作原理是一致的，只是在转换过程中会面临不同的约束条件。

光伏系统的主要组成部分包括：
- 光伏设备（太阳能电池）：经过封装和连接，形成合适的结构。
- 电子设备：用于将系统与其他组件进行接口连接，具体如下：
- 独立系统中的存储元件。
- 并网系统中的电网连接设备。
- 通过合适的 DC/DC 或 DC/AC 转换器连接的 AC 或 DC 负载。

在设计和规划这些系统时，需要考虑特定的约束条件，并开发相应的模型来模拟其电气行为。

2 重要定义：辐照度与太阳辐射

到达地球的太阳辐射，波长范围大约在 300 纳米至 4 微米之间，部分会被大气层反射，部分则会传输到地球表面。用于太空的光伏应用（如卫星或航天器）与地面光伏应用所接收到的太阳辐射有所不同。大气层外的太阳辐射分布与“黑体”辐射类似，遵循普朗克定律；而在地球表面，大气层会选择性地吸收特定波长的辐射。

通常，太阳光谱分为以下两种：
- AM0 光谱：大气层外的太