太陽能電池伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)報(bào)告.

1、太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：太陽能電池伏安特性曲線專業(yè)年級(jí)：2014 級(jí)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：146711000指導(dǎo)老師：成績：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 日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1二、實(shí)驗(yàn)要求.1三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1四、實(shí)驗(yàn)原理.11、太陽能電池工作原理22、太陽能電池等效電路圖23、伏安特性曲線2五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟41、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容42、實(shí)驗(yàn)步驟4最大輸出功率與入射角的關(guān)系測試7六、實(shí)驗(yàn)分析與實(shí)驗(yàn)總結(jié)10一、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)太陽能發(fā)電系統(tǒng)的裝配3、了解并掌握太陽能電池的工作原理及其應(yīng)用二、實(shí)驗(yàn)要求1、

2、熟悉光伏發(fā)電系統(tǒng)的功能。2、測量太陽能電池板的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三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1、太陽能電池板2、光源3、可調(diào)電阻4、2 臺(tái)萬用表四、實(shí)驗(yàn)原理太陽能電池結(jié)構(gòu)圖1、太陽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)電場方向相反的電

3、場及正向結(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)定的電勢差，即光生電壓。2、太陽能電池等效電路圖為了進(jìn)一步分析太陽能電池的特點(diǎn)， 可以使用一個(gè)等效電路來表現(xiàn)太陽能電池的工作情況，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。太陽能電池等效電路圖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。

4、太陽能電池電流電壓特性（1）開路電壓 Voc:在標(biāo)準(zhǔn)條件下， I=0 時(shí)，太陽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)，太陽能電池由光電流所提供的電流值。（2）最大輸出功率 Pmp:太陽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，表示為 :理

5、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)太陽能電池性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一，直接反應(yīng)了電池的轉(zhuǎn)換效率。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試。2、光伏發(fā)電的負(fù)載伏安特性測試。2、實(shí)驗(yàn)步驟在光源與太陽能電池組件距離為100cm根據(jù)以上步驟在光源與太陽能電池組件距離為100cm 測量數(shù)據(jù)如以下表1-1，圖1-2 所示，測得短路電流Isc=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=680.96mWR0150160170181182183184186190200400600U01010.5

6、10.84 11.1611.2211.211.28 11.31 11.4 11.5 12.1 12.9815.8976100cm92.216664.662.83 60.9160.7560.760.18 59345 59.2575346.30I2功0660678.3681.0680.2680.9684.678.8672.3674.8655.641.625.00率7753665237535表 1-1圖 1-2在光源與太陽能電池組件距離為150cm根據(jù)以上步驟在光源與太陽能電池組件距離為150cm測量數(shù)據(jù)如以下表 1-3，圖 1-4所示，測得短路電流 Isc=71.71mA，開路電壓 Uoc=15.

7、15V當(dāng)負(fù)載為 201 時(shí)功率 P取得最大值 Pmax=523.71mW，其填充因子 FF=0.48。R0180195196198200201205215230400600800U09.551010.110.210.3210.3510.410.4710.8911.712.813.7 15.15150c52.2851.55150.950.750.650.01 48.1346.743.5 30.125.60I 71.71m功0499.2515515.1519.18523.22523.71520.1501.03503508.385.2 350.70率744049582表 1-3圖 1-44 在光源與

8、太陽能電池組件距離為180cm根據(jù)以上步驟在光源與太陽能電池組件距離為180cm 測量數(shù)據(jù)如以下表1-5，圖1-6 所示，測得短路電流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。R0200250255252251305400600U08.659.59.710.0510.0910.711.7512.5814.7180cmI59.6 42.740.840.24039.934.829.1525.270功367.20388.55389.94402402.591372.36342.512317.89

9、0率25圖 1-5圖 1-6在光源與太陽能電池組件距離為 200cm根據(jù)以上步驟在光源與太陽能電池組件距離為 200cm 測量數(shù)據(jù)如以下表 1-7，圖1-8 所示，測得短路電流Isc=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。R0200230235240248250400600U08.39.159.39.359.579.511.312.114.4200cm55.40.839.25 38.938.438.137.6 28.2523.850I2功338.359.31364.61321.48298.12

10、0361.77 359.04357.20率61395755圖 1-7圖 1-8在光源與太陽能電池組件距離為 250cm根據(jù)以上步驟在光源與太陽能電池組件距離為 250cm 測量數(shù)據(jù)如以下表 1-9，圖 1-10 所示，測得短路電流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 10.2511.32 13.7250cm42.32.031.67 31.5531.431.1 25.6520.510I31.8549功25

11、9.275.52278.20276.16262.910273.91279.21252.680率92994825圖 1-9圖 1-10最大輸出功率與入射角的關(guān)系測試將太陽能電池板，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柲茈姵亟M件，打開光源電源， 等光源發(fā)光亮度穩(wěn)定后開始測量，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。測量過程中輻射光源與光伏組件的距離要保持不變，以保證整個(gè)測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，分別測量太陽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

12、特性曲線。在光照入射角度為30°時(shí)，負(fù)載伏安特性測試數(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 10.6810.6210.6811.212.3213.6514.6電流48.4737.534.69 32.11 31.0530.75 30.2730.0729.927.824.2520.190功率0285304.2 311.4 321.3321.9 323.3319.3315.7311.4 298.7275.590表 2-1 角度為 30°伏安特性

13、測試圖 2-2 角度為 30°伏安特性測試測得短路電流 Isc=48.47mA，開路電壓 Uoc=14.6V 當(dāng)負(fù)載為 350時(shí)，功率P 取得最大值 Pmax=323.3mW，填充因子 FFPmax0.456。I scU oc在光照入射角度為 45°時(shí)，負(fù)載伏安特性測試數(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0200229231232233234235250300500700電壓09.6710.4610.510.5310.54 10.5410.610.8711.58 13.1713.8515.1電流68.347.8345.074544.944.744

14、.744.542.9938.426.2819.750功率0462.5471.4472.5 472.7471.1 471.5471.7 467.3 445.1 346.7273.530表 2-3 角度為 45°伏安特性測試圖 2-4 角度為 45°伏安特性測試測得短路電流 Isc=68.3mA，開路電壓 Uoc=15.1V 當(dāng)負(fù)載為 232時(shí)，功率 P取得最大值 Pmax=472.7mW，填充因子 FFPmax0.46。I scU oc在光照入射角度為 60°時(shí)，負(fù)載伏安特性測試數(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06.168.959.829.869.861010.410.7511.41 12.913.5314.79電流67.560.0150.7048.648.4548.347.144.942.5737.725.6819.270功率0469.7453.8477.2 477.7476.1 471466.9 457.6 430.1331.3260.720表 2-5角度為 60°伏安特性測試圖 2-6 角度為 60°伏安特性測試測得短路電流 Isc=67.5mA，開路電壓