1、太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)項(xiàng) 目:太陽(yáng)能電池伏安特性曲線年級(jí):2014 級(jí)電子科學(xué)與技術(shù)姓名:口號(hào):146711000老師:績(jī):福建農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院信息與機(jī)電工程系2017年6月18日、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、實(shí)驗(yàn)要求.、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備 四、實(shí)驗(yàn)原理.1、太陽(yáng)能電池工作原理2、太陽(yáng)能電池等效電路圖3、伏安特性曲線五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2、實(shí)驗(yàn)步驟最大輸出功率與入射角的關(guān)系測(cè)試六、實(shí)驗(yàn)分析與實(shí)驗(yàn)總結(jié)10、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解并掌握光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理 2、了解并掌握光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成，學(xué)習(xí)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的裝配 3、了解并掌握太陽(yáng)能電池的工作原理及其應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)要求1、熟悉光伏發(fā)電系統(tǒng)的功能。2、測(cè)量太陽(yáng)能電池板的

2、不同距離下開路電壓、短路電流、并算出填充因子及繪 出功率曲線、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1、太陽(yáng)能電池板 2、光源 3、可調(diào)電阻 4、2臺(tái)萬(wàn)用表四、實(shí)驗(yàn)原理1、太陽(yáng)能電池工作原理光照下，P-N結(jié)將產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)。當(dāng)入射光能量大于導(dǎo)體材料的禁帶寬 度時(shí)，光子在表面一定深度的范圍內(nèi)被吸收， 并在結(jié)區(qū)及其附近的空間激發(fā)電子 空穴對(duì)。此時(shí)，空間電荷區(qū)內(nèi)的光生電子和空穴分離， P-N結(jié)附近擴(kuò)散長(zhǎng)度范圍 內(nèi)的光生載流子擴(kuò)散到空間電荷區(qū)。P區(qū)的電子在電場(chǎng)作用下漂移到 N區(qū)，N區(qū) 的空穴漂移到P區(qū)，產(chǎn)生光生電流。光生載流子的漂移并堆積形成與結(jié)電場(chǎng)方向相反的電場(chǎng)及正向結(jié)電流。當(dāng)光生電流和正向結(jié)電流相等時(shí)，P-N結(jié)建立穩(wěn)定的

3、 電勢(shì)差，即光生電壓。2、太陽(yáng)能電池等效電路圖為了進(jìn)一步分析太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)，可以使用一個(gè)等效電路來表現(xiàn)太陽(yáng)能電 池的工作情況，等效電路圖如圖所示。電路由一個(gè)理想恒流源IL，一個(gè)串聯(lián)電阻Rs,一個(gè)并聯(lián)電阻Rsn,以及理想因子分別為1和2的兩個(gè)二極管D1和D2組成。IdiId21Ir11R,TRs太陽(yáng)能電池等效電路圖3、伏安特性曲線根據(jù)伏安特性曲線的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出太陽(yáng)能電池性能的重要參數(shù)， 包括開路電壓、短路電流、最大輸出功率、最佳輸出電壓、最佳輸出電流、填充因子、 太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率，串聯(lián)電阻以及并聯(lián)電阻。下面對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行具體的 解釋。np太陽(yáng)能電池電流電壓特性旦 m(1)開路電壓Vo

4、c:在標(biāo)準(zhǔn)條件下，1=0時(shí)，太陽(yáng)能電池所輸出的電壓值。短路電流Isc:在標(biāo)準(zhǔn)條件下，V=0時(shí)，太陽(yáng)能電池由光電流所提供的電流值。(2)最大輸出功率Pmp:太陽(yáng)能電池的伏安特性曲線又稱為負(fù)載特性曲線，它描述了太陽(yáng)能電池的輸出電壓和輸出電流隨負(fù)載變化的曲線。當(dāng)負(fù)載變化到某 一工作點(diǎn)，使得該工作點(diǎn)的電壓值與電流值的乘積最大時(shí)， 這個(gè)乘積就是太陽(yáng)能 電池的最大輸出功率。此時(shí)的輸出電壓和電流分別稱為最佳輸出電壓和最佳輸出 電流，用Ump和Imp表示。(3)填充因子FF:矩形ImpVmp與矩形IscVoc的面積比作為填充因子，表示理想情況下FF為1,實(shí)際的FF恒小于1,填充因子是評(píng)價(jià)太陽(yáng)能電池性能 優(yōu)劣的

5、重要指標(biāo)之一，直接反應(yīng)了電池的轉(zhuǎn)換效率。3五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、光伏電池的開路電壓和短路電流特性測(cè)試。2、光伏發(fā)電的負(fù)載伏安特性測(cè)試。2、實(shí)驗(yàn)步驟在光源與太陽(yáng)能電池組件距離為100cm根據(jù)以上步驟在光源與太陽(yáng)能電池組件距離為100cm測(cè)量數(shù)據(jù)如以下表1-1,圖1-2所示，測(cè)得短路電流lsc=92.21mA,開路電壓Uoc=15.896V當(dāng)負(fù)載為182時(shí)功率P取得最大值Pmax=680.96mW100R0150160170181182183184186190200400600U01010.510.84 1.1611.2211.2711.28 -1.31 11.4 115 12.112

6、.9815.896cm92.216664.662.83 6)0.9160.7560.7260.18 59345 592575346.30功率0660678.3381.077680.253680.96684.652678.83672.37674.8655.5641.3625.050末陽(yáng)電池伏安特性曲線246。丄U 1214 IS IB表1-1in-'90807060504G引,九；圖1-2在光源與太陽(yáng)能電池組件距離為150cm根據(jù)以上步驟在光源與太陽(yáng)能電池組件距離為 150cm測(cè)量數(shù)據(jù)如以下表1-3,圖1-4所示，測(cè)得短路電流lsc=71.71mA,開路電壓Uoc=15.15V當(dāng)負(fù)載為2

7、01時(shí)功率P取得最大值Pmax=523.71mW,其填充因子FF=0.48。R0180195196198200201205215230400600800U09.551010.110.210.3210.3510.410.4710.8911.712.813.75.15I 71.7152.2851.55150.950.750.650.0148.1346.743.5 350.125.60功率0499.274515515.1519.18523.224523.71520.104501.03503508.95385.28350.720150cm太陽(yáng)電池伏安特性曲線I6104呂12表1-3aoaSn 羽302

8、u10In180cm測(cè)量數(shù)據(jù)如以下表1-5,圖n圖1-44在光源與太陽(yáng)能電池組件距離為 180cm 根據(jù)以上步驟在光源與太陽(yáng)能電池組件距離為1-6所示，測(cè)得短路電流Isc=59.6mA，開路電壓Uoc=14.7V當(dāng)負(fù)載為251°時(shí)功 率P取得最大值Pmax=402.591mW,其填充因子FF=0.46。R0200250255252251305400600U08.659.59.710.0510.0910.711.7512.5814.7I59.6 12740.840.24039.934.829.1525.270功率0367.225388.55389.94402402.591372.363

9、42.512317.890180cm圖1-5太陽(yáng)電池伏安特性曲線7050504C3020越4&fi10121416圖1-6在光源與太陽(yáng)能電池組件距離為 200cm根據(jù)以上步驟在光源與太陽(yáng)能電池組件距離為200cm測(cè)量數(shù)據(jù)如以下表1-7,圖1-8所示，測(cè)得短路電流lsc=55.2mA，開路電壓Uoc=14.4V當(dāng)負(fù)載為235。時(shí)功 率P取得最大值Pmax=361.77mW,其填充因子FF=0.46。R0200230235240248250400600U08.39.159.39.359.579.511.312.114.4I55.240.839.25 :38.938.438.137.6 2!

10、8.2523.850功率0338.61359.31395361.77 :159.04364.617357.2321.485298.1250200cm圖1-750太陽(yáng)電池伏安特性曲線10154u30201000圖1-8在光源與太陽(yáng)能電池組件距離為 250cm根據(jù)以上步驟在光源與太陽(yáng)能電池組件距離為250cm測(cè)量數(shù)據(jù)如以下表1-9，圖1-10所示，測(cè)得短路電流Isc=42.4mA，開路電壓Uoc=13.7V當(dāng)負(fù)載為279°時(shí) 功率P取得最大值Pmax=279.21,其填充因子FF=0.48。R0250270275279280282400600U08.18.68.78.858.868.88

11、 -0.2511.3213.7I42.432.0931.8531.67 :i1.5531.431.1 2!5.6520.510功率0259.929273.91275.529279.21278.204276.168262.9125252.680圖1-9250cm太陽(yáng)電池伏安特性曲線圖 1-1012最大輸出功率與入射角的關(guān)系測(cè)試將太陽(yáng)能電池板，電流表，電壓表，負(fù)載電路連接回路。光源的發(fā)光方向?qū)χ?yáng)能電池組件， 打開光源電源，等光源發(fā)光亮度穩(wěn)定 后開始測(cè)量，金鹵燈從接通電源到穩(wěn)定發(fā)光需要等幾分鐘。改變電阻阻值，測(cè)量流經(jīng)電阻的電流和電壓即可得到光伏組件的伏安特性。測(cè)量過程中輻射光源與光伏組件的距離要

12、保持不變，以保證整個(gè)測(cè)量過程是在相同的光照強(qiáng)度下進(jìn)行的。改變光照入射角度,分別測(cè)量太陽(yáng)能電池在不同入射角下的最大功率輸出,同時(shí)繪制伏安特性曲線,繪制不同入射角度的伏安特性曲線。在光照入射角度為30。時(shí)，負(fù)載伏安特性測(cè)試數(shù)據(jù)如表2-1所示。繪制伏安 特性曲線如圖2-2所示。電阻0200250300330340350351355400500700電壓07.68.779.710.1410.35 -0.6810.62 10.68 1-.212.3213.6514.6電流48.4737.534.69 32.11 31.0530.75 310.2730.07 29.927.824.2520.190功率02

13、85304.2 311.4 3；?1.3321.9 3123.3319.3 -15.7 311.4 29(1.7275.590表2-1角度為30°伏安特性測(cè)試60太陽(yáng)電池伏安特性曲線50403020106101214416圖2-2角度為30°伏安特性測(cè)試Rnax測(cè)得短路電流lsc=48.47mA，開路電壓Uoc=14.6V當(dāng)負(fù)載為350。時(shí)，功率=0.456。ocP取得最大值Pmax=323.3mW,填充因子FF =1 scU在光照入射角度為45°時(shí)，負(fù)載伏安特性測(cè)試數(shù)據(jù)如表2-3所示。繪制伏安 特性曲線如圖2-4所示。電阻02002292312322332342

14、35250300500700電壓09.6710.46 -0.510.5310.54 -0.5410.610.87 11.58 1).1713.8515.1電流38.347.8345.07 4544.944.744.744.542.99 38.426.2819.750功率0462.5471.4 472.5 4'27471.1 471.5471.7 467.3 445.1 34(6.7273.530表2-3角度為45。伏安特性測(cè)試30太陽(yáng)電池伏安特性曲線7060504030201064&10121416圖2-4角度為45°伏安特性測(cè)試測(cè)得短路電流lsc=68.3mA,開路

15、電壓Uoc=15.1V當(dāng)負(fù)載為232。時(shí)，功率P=0.46。oc取得最大值pmax=472.7mW，填充因子FF=£UX在光照入射角度為60。時(shí)，負(fù)載伏安特性測(cè)試數(shù)據(jù)如表2-5所示。繪制伏安 特性曲線如圖2-6所示。電阻0100150200201202210230250300500700電壓06.168.959.829.869.861010.410.75 11.41 12L913.5314.79電流37.560.0150.70 48.648.4548.347.144.942.57 37.725.6819.270功率0469.7453.8 477.2 4'7.7476.1 471466.9 457.6 4310.1 33'.3260.720表2-5角度為60°伏安特性測(cè)試30太陽(yáng)電池伏安特性曲線7060504030201064圖2-6角度為60°伏安特性測(cè)試0&10121416測(cè)得短路電流lsc=67.5mA，開路電壓Uoc=14.79V當(dāng)負(fù)載為201。時(shí)，功率=0.47。