1、太 阳 能 光 伏 发 电 应 用 技 术实 验 项 目： 太阳能电池伏安特性曲线 专 业 年 级： 2014 级电子科学与技术 学 生 姓 名： 学 号： 146711000 指 导 老 师： 成 绩： 福建农林大学金山学院信息与机电工程系2017 年 6 月 18 日一、实验目的 .1二、实验要求 .1三、实验仪器设备 .1四、实验原理 .11、太阳能电池工作原理 .22、太阳能电池等效电路图 .23、伏安特性曲线 .2五、实验内容与步骤 .41、实验内容 .42、实验步骤 .4最大输出功率与入射角的关系测试 .7六、实验分析与实验总结 .100一、实验目的1、了解并掌握光伏发电系统的原理
2、 2、了解并掌握光伏发电系统的组成，学习太阳能发电系统的装配 3、了解并掌握太阳能电池的工作原理及其应用 二、实验要求1、熟悉光伏发电系统的功能。2、测量太阳能电池板的不同距离下开路电压、短路电流、并算出填充因子及绘出功率曲线 三、实验仪器设备1、太阳能电池板2、光源3、可调电阻4、2 台万用表四、实验原理太阳能电池结构图11、太阳能电池工作原理光照下，P-N 结将产生光生伏特效应。当入射光能量大于导体材料的禁带宽度时，光子在表面一定深度的范围内被吸收，并在结区及其附近的空间激发电子空穴对。此时，空间电荷区内的光生电子和空穴分离，P-N 结附近扩散长度范围内的光生载流子扩散到空间电荷区。P 区
3、的电子在电场作用下漂移到 N区，N 区的空穴漂移到 P 区，产生光生电流。光生载流子的漂移并堆积形成与结电场方向相反的电场及正向结电流。当光生电流和正向结电流相等时，P-N结建立稳定的电势差，即光生电压。2、太阳能电池等效电路图为了进一步分析太阳能电池的特点，可以使用一个等效电路来表现太阳能电池的工作情况，等效电路图如图所示。电路由一个理想恒流源 IL，一个串联电阻 Rs，一个并联电阻 Rsn，以及理想因子分别为 1 和 2 的两个二极管 D1 和D2 组成。太阳能电池等效电路图3、伏安特性曲线根据伏安特性曲线的数据，可以计算出太阳能电池性能的重要参数，包括开路电压、短路电流、最大输出功率、最
4、佳输出电压、最佳输出电流、填充因子、太阳能电池光电转换效率，串联电阻以及并联电阻。下面对这些参数进行具体的解释。2太阳能电池电流电压特性（1）开路电压 Voc:在标准条件下， I=0 时，太阳能电池所输出的电压值。短路电流 Isc:在标准条件下， V=0 时，太阳能电池由光电流所提供的电流值。（2）最大输出功率 Pmp:太阳能电池的伏安特性曲线又称为负载特性曲线，它描述了太阳能电池的输出电压和输出电流随负载变化的曲线。当负载变化到某一工作点，使得该工作点的电压值与电流值的乘积最大时，这个乘积就是太阳能电池的最大输出功率。此时的输出电压和电流分别称为最佳输出电压和最佳输出电流，用 Ump 和 I
5、mp 表示。(3)填充因子 FF:矩形 ImpVmp 与矩形 IscVoc 的面积比作为填充因子，表示为:理想情况下 FF 为 1，实际的 FF 恒小于 1，填充因子是评价太阳能电池性能优劣的重要指标之一，直接反应了电池的转换效率。3五、实验内容与步骤1、实验内容1、光伏电池的开路电压和短路电流特性测试。2、光伏发电的负载伏安特性测试。2、实验步骤在光源与太阳能电池组件距离为 100cm根据以上步骤在光源与太阳能电池组件距离为 100cm 测量数据如以下表 1-1，图 1-2 所示，测得短路电流 Isc=92.21mA，开路电压 Uoc=15.896V 当负载为 182时功率 P 取得最大值
6、Pmax=680.96mWR 0 150 160 170 181 182 183 184 186 190 200 400 600U 0 10 10.5 10.84 11.16 11.22 11.27 11.28 11.31 11.4 11.5 12.1 12.98 15.896I 92.21 66 64.6 62.83 60.91 60.75 60.72 60.18 59345 59.2 57 53 46.3 0100cm功率 0 660 678.3681.077680.253680.96684.652678.83672.37 674.8655.5641.3625.05 0表 1-1图 1-2
7、4在光源与太阳能电池组件距离为150cm根据以上步骤在光源与太阳能电池组件距离为150cm测量数据如以下表1-3，图1-4 所示，测得短路电流Isc=71.71mA ，开路电压 Uoc=15.15V当负载为201时功率P取得最大值Pmax=523.71mW ，其填充因子FF=0.48。表1-3图 1-44 在光源与太阳能电池组件距离为 180cm根据以上步骤在光源与太阳能电池组件距离为 180cm 测量数据如以下表 1-5，图 1-6 所示，测得短路电流 Isc=59.6mA，开路电压 Uoc=14.7V 当负载为 251时功率 P 取得最大值 Pmax=402.591mW，其填充因子 FF=
8、0.46。R 0 200 250 255 252 251 305 400 600U 0 8.65 9.5 9.7 10.05 10.09 10.7 11.75 12.58 14.7I 59.6 42.7 40.8 40.2 40 39.9 34.8 29.15 25.27 0180cm功率 0367.225388.55 389.94 402 402.591 372.36 342.512 317.89 0图 1-5R 0 180 195 196 198 200 201 205 215 230 400 600 800U 0 9.55 10 10.1 10.2 10.32 10.35 10.4 10
9、.47 10.89 11.7 12.8 13.7 15.15I 71.7152.28 51.5 51 50.9 50.7 50.6 50.01 48.13 46.7 43.5 30.1 25.6 0150cm功率 0499.274 515 515.1 519.18523.224 523.71520.104 501.03 503508.95385.28350.72 05图 1-6在光源与太阳能电池组件距离为 200cm根据以上步骤在光源与太阳能电池组件距离为 200cm 测量数据如以下表 1-7，图 1-8 所示，测得短路电流 Isc=55.2mA，开路电压 Uoc=14.4V 当负载为 235
10、时功率 P 取得最大值 Pmax=361.77mW，其填充因子 FF=0.46。R 0 200 230 235 240 248 250 400 600U 0 8.3 9.15 9.3 9.35 9.57 9.5 11.3 12.1 14.4I 55.2 40.839.25 38.9 38.4 38.1 37.6 28.25 23.85 0200cm功率 0338.61359.31395361.77 359.04364.617357.2321.485298.1250图 1-7图 1-8在光源与太阳能电池组件距离为 250cm根据以上步骤在光源与太阳能电池组件距离为 250cm 测量数据如以下表
11、1-9， 图 1-10 所示，测得短路电流 Isc=42.4mA，开路电压 Uoc=13.7V 当负载为 279时功率 P 取得最大值 Pmax=279.21，其填充因子 FF=0.48。250cmR 0 250 270 275 279 280 282 400 6006U 0 8.1 8.6 8.7 8.85 8.86 8.88 10.25 11.32 13.7I 42.4 32.09 31.85 31.67 31.55 31.4 31.1 25.65 20.51 0功率 0259.929273.91275.529279.21278.204276.168262.9125252.68 0图 1-
12、9图 1-10最大输出功率与入射角的关系测试将太阳能电池板，电流表，电压表，负载电路连接回路。光源的发光方向对着太阳能电池组件，打开光源电源，等光源发光亮度稳定后开始测量，金卤灯从接通电源到稳定发光需要等几分钟。改变电阻阻值，测量流经电阻的电流和电压即可得到光伏组件的伏安特性。测量过程中辐射光源与光伏组件的距离要保持不变，以保证整个测量过程是在相同的光照强度下进行的。改变光照入射角度，分别测量太阳能电池在不同入射角下的最大功率输出，同时绘制伏安特性曲线，绘制不同入射角度的伏安特性曲线。在光照入射角度为 30时，负载伏安特性测试数据如表 2-1 所示。绘制伏安特性曲线如图 2-2 所示。7电阻
13、0 200 250 300 330 340 350 351 355 400 500 700电压 0 7.6 8.77 9.7 10.14 10.35 10.68 10.62 10.68 11.2 12.32 13.65 14.6电流 48.47 37.5 34.69 32.11 31.05 30.75 30.27 30.07 29.9 27.8 24.25 20.19 0功率 0 285 304.2 311.4 321.3 321.9 323.3 319.3 315.7 311.4 298.7 275.59 0表 2-1 角度为 30伏安特性测试图 2-2 角度为 30伏安特性测试测得短路电流
14、 Isc=48.47mA，开路电压 Uoc=14.6V 当负载为 350 时，功率 P 取得最大值 Pmax=323.3mW，填充因子 0.456。ocsUIPFmax在光照入射角度为 45时，负载伏安特性测试数据如表 2-3 所示。绘制伏安特性曲线如图 2-4 所示。电阻 0 200 229 231 232 233 234 235 250 300 500 700电压 0 9.67 10.46 10.5 10.53 10.54 10.54 10.6 10.87 11.58 13.17 13.85 15.1电流 68.3 47.83 45.07 45 44.9 44.7 44.7 44.5 42.99 38.4 26.28 19.75 0功率 0 462.5 471.4 472.5 472.7 471.1 471.5 471.7 467.3 445.1 346.7 273.53 0表 2-3 角度为 45伏安特性测试
