4.2.1 三结砷化镓太阳电池模型
1）简介
太阳电池模型，一般由多片电池通过串并联的方式组合使用。太阳电池接收太阳光照产生电能，经过汇流后传送给下游设备。现阶段模型考虑光照强度、日照阴影对输出电能的影响，温度暂时考虑为恒定温度。
2）原理与模型
太阳能电池主要是利用半导体PN结的光生伏特效应将太阳能转换为电能，并经汇流和控制后供负载使用。此处对能量转化效率较高的三结砷化镓太阳电池进行建模。
将三结砷化镓太阳电池等效为电流源，其产生的电流为：
其中
式中，Iph为光生电流；Is1、Is3为扩散机制饱和电流；Is2为空隙层饱和电流；Rs为串联内阻；Rsh为并联内阻；A为等效二极管质量因子；I和V分别为端口电流和端口电压；Isc为参考温度和光照下的光生电流；G为光照强度；G0为参考光照强度；CT为温度变换系数。根据上述公式，三结砷化镓太阳电池原理如图4-7所示。
图4-7 三结砷化镓太阳电池原理
三结砷化镓太阳电池模型包含5个组件，分别是光生电流计算模块、电流源、等效二极管、串联等效电阻和并联等效电阻。模型接收光照信息，并通过一个热接口和一对电学接口传递物理信号。其中，光生电流计算模块采用的是线性模型，等效二极管模拟砷化镓太阳电池的三个结，等效电阻模拟太阳电池内部电阻。实际建模过程中，由于三个等效二极管方程有相同的原理和参数，仅第一项系数不同，故将其合并以提高求解速度。
三结砷化镓太阳电池模型包含4个接口，其中两个是输入接口，两个是输出接口，输入接口分别是光照强度和热接口，输出接口分别是一对电接口和遥测数据接口。5个组件中光生电流模块和二极管受光照强度影响，因此设置有光照强度输入接口；此外，光生电流模块、二极管和两个电阻都受温度影响，因此分别设置有热接口。
综上，三结砷化镓太阳电池模型如图4-8所示。
光生电流计算模块组件模型通过代码实现：
图4-8 三结砷化镓太阳电池模型
其中，Np为并联的太阳能电池数目；Isc为短路电流；CT为温度变换系数；T_heatPort为热接口的温度；Tref为太阳电池片参考温度；G为光照强度；G_Ref为单位面积的太阳辐射功率。
电流源组件模型通过代码实现：
其中，v为电流源两端电压；i为电流源的电流；p.v为p端口的电势；n.v为n端口的电势；p.i为p端口的电流；n.i为n端口的电流。
二极管组件模型通过代码实现：
其中，Np为并联的太阳能电池数目；ID为饱和电流；q=1.602×10-19；A为二极管质量因子；T_heatPort为热接口的温度；k=1.380 650 5×10-23；Ns为串联的太阳能电池数目；Ki为电流损失系数；G为光照强度；G_ref为单位面积的太阳辐射功率；temp初始为0；temp_A=A+Kv*Beta_v*（T_heatPort-Tref）/0.231；LossPower为通过热端口的热耗。
串联等效电阻组件模型通过代码实现：
其中，R为串联等效电阻；R_ref为参考温度下的阻值，R_ref=Rs0*Ns/Np/N_Substrate；alpha为电阻温度系数；T_heatPort为热接口的温度；T_ref为参考温度；LossPower为热耗。
并联等效电阻组件模型通过代码实现：
其中，R为串联等效电阻；R_ref为参考温度下的阻值，R_ref=Rsh0*Ns/Np/N_Substrate；alpha为电阻温度系数；T_heatPort为热接口的温度；T_ref为参考温度；LossPower为通过热端口的热耗。
3）参数信息
（1）设计参数，见表4-2。
表4-2 设计参数
（2）型号参数，见表4-3。
表4-3 型号参数
（3）电路参数（内部参数），见表4-4。
表4-4 电路参数（内部参数）
续表
4）接口信息
（1）输入接口，见表4-5。
表4-5 输入接口
（2）输出接口，见表4-6。
表4-6 输出接口
（3）物理双向接口，见表4-7。
表4-7 物理双向接口
