太陽能光伏發(fā)電實驗指導書

1、太陽能光伏發(fā)電實驗指導書鄭州科技學院電子信息工程教研室編目 錄實驗一 太陽能電池板特性測試1實驗二 太陽能電池板的串聯(lián)、并聯(lián)特性測試4實驗三 負載特性測試實驗7實驗四 環(huán)境對太陽能電池光伏轉換的影響實驗10實驗五 太陽能電池板轉換效率測量實驗13實驗六 太陽能應用實驗16實驗七 太陽能光控跟蹤實驗19實驗八 太陽能蓄電池充放電控制實驗21實驗九 太陽能光伏逆變器實驗24實驗十 太陽能路燈的設計27實驗一 太陽能電池板特性測試一、實驗目的1.了解和掌握太陽能電池板原理及應用。2.理解太陽能電池的基本特性和主要參數(shù)，掌握測量太陽能電池的基本特性和主要參數(shù)的基本原理和基本方法。二、實驗原理1.開路電

2、壓()電池不放電時，電池兩極之間的電位差被稱為開路電壓。一個基本的帶電源、聯(lián)接導體，負載的電路，如果某處開路，斷開兩點之間的電壓為開路電壓。電路開路時我們可理解為就是在開路處接入了一個無窮大的電阻，不可質疑，這個無窮大的電阻是串聯(lián)于這個電路中的，根據串聯(lián)電路中電阻的分壓公式，這個無窮大電阻兩端的分電壓將為電路中的最高電壓即電源電壓。所以線路開路時開路電壓一般表現(xiàn)為電源電壓。2.短路電流()短路電流是由于故障或連接錯誤而在電路中造成短路時所產生的過電流。短路電流將引起下列嚴重后果：短路電流往往會有電弧產生，它不僅能燒壞故障元件本身，也可能燒壞周圍設備和傷害周圍人員。巨大的短路電流通過導體時，一方

3、面會使導體大量發(fā)熱，造成導體過熱甚至熔化，以及絕緣損壞；另一方面巨大的短路電流還將產生很大的電動力作用于導體，使導體變形或損壞。短路也同時引起系統(tǒng)電壓大幅度降低，特別是靠近短路點處的電壓降低得更多，從而可能導致部分用戶或全部用戶的供電遭到破壞。網絡電壓的降低，使供電設備的正常工作受到損壞，也可能導致工廠的產品報廢或設備損壞，如電動機過熱受損等。電力系統(tǒng)中出現(xiàn)短路故障時，系統(tǒng)功率分布的突然變化和電壓的嚴重下降，可能破壞各發(fā)電廠并聯(lián)運行的穩(wěn)定性，使整個系統(tǒng)解列，這時某些發(fā)電機可能過負荷，因此，必須切除部分用戶。短路時電壓下降的愈大，持續(xù)時間愈長，破壞整個電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的可能性愈大。3.功率曲線（

4、）太陽能電池板的輸出電壓與輸出電流的乘積即為太陽能電池板的輸出功率，用表示。把測得的不同組數(shù)據所獲得的輸出功率用曲線連接起來就得到太陽能電池板的功率曲線，通過功率曲線還可以大致地估計太陽能電池板的最大輸出功率。三、實驗儀器設備及材料表1-1 實驗儀器設備及材料序號設備名稱型號與規(guī)格數(shù)量1太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)實訓平臺V-Ets-solar-IV12導線紅線、黑線若干四、實驗內容和步驟1.太陽能電池板開路電壓測試（1）在實驗臺上按照圖1-1連接好實驗導線。圖1-1 太陽能電池板開路電壓測試示意圖（2）打開“模擬光源控制單元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個開關。（3）仔細觀察實驗臺上的“

5、充電電壓表”的值，記錄下其中的最大值即為太陽能電池板的“最大開路電壓”。2.太陽能電池板短路電流測試（1）在實驗臺上按照圖1-2連接好實驗導線。圖1-2 太陽能電池板短路電流測試示意圖（2）打開“模擬光源控制單元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個開關。（3）仔細觀察實驗臺上的“充電電流表”的值，記錄下其中的最大值即為太陽能電池板的“最大短路電流”。3.太陽能電池板I-V特性測試（1）在實驗臺上按照圖1-3連接好實驗導線。圖1-3 太陽能電池板I-V特性測試示意圖（2）打開“模擬光源控制單元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個開關。（3）將電阻箱調節(jié)如下幾組阻值，并記錄下每

6、個刻度的電壓、電流值于下表1-2中。表1-2 太陽能電池板I-V特性測試數(shù)據記錄表電阻值（歐）010501005001K5K10K電流（mA）電壓（V）（4）根據表格電壓電流值畫出太陽能電池的伏安特性曲線圖，為了更好的描述太陽能電池輸出伏安特性曲線，可以再適當增加測試幾組數(shù)據。4.太陽能電池板的暗伏安特性測試實驗（1）在實驗臺上按照圖1-4連接好實驗導線。圖1-4 太陽能電池板的暗伏安特性測試示意圖（2）用遮光板完全遮擋住太陽能電池板的表面，將電阻箱的阻值調節(jié)到50。（3）將“可調穩(wěn)壓電源”的電壓調至0V，然后逐漸增大輸出電壓，每隔0.5V記錄一次電流值于下表中。（4）將“可調穩(wěn)壓電源”的電壓

7、調至0V，對調“可調穩(wěn)壓電源”輸出接口的紅黑線。即給太陽能電池板加反向電壓，逐漸增大反向輸出電壓，每隔0.5V記錄一次電流值于表1-3中。表1-3 太陽能電池板的暗伏安特性測試數(shù)據記錄表電壓（V）32.521.510.50-0.5-1-1.5-2-2.5-3電流（mA）（5）根據表格電壓電流值畫出太陽能電池的暗伏安特性曲線圖。五、注意事項1.光照方向對光電池輸出影響較大，實驗時應給予注意。2.電壓表、電流表的量程必須分別大于太陽能電池板的開路電壓和短路電流。3.在繪制功率曲線時應多測幾組數(shù)據。4.實驗結束后必須拆散電路，整理好儀器。六、思考題1.太陽能電池的基本特性和主要參數(shù)有哪些？2.太陽能

8、電池在使用時能否短路？為什么？3.暗條件下的太陽能電池相當于電池還是負載？七、實驗報告要求完成相關實驗數(shù)據的測量和計算，繪制相關的曲線圖，并注意標注實驗數(shù)據測定的條件。實驗二 太陽能電池板的串聯(lián)、并聯(lián)特性測試實驗一、實驗目的1.了解太陽能電池的串聯(lián)開路電壓和短路電流特性。2.了解太陽能電池的并聯(lián)開路電壓和短路電流特性。二、實驗原理太陽電池組件則是將太陽單體電池進行串、并聯(lián)組合而構成的一個整體。組件的電性能將隨單體電池的串、并聯(lián)數(shù)量而與單體電池電性能產生量的變化。串聯(lián)時電流相等，電壓疊加，串聯(lián)后的伏安特性如圖2-1所示，要提升電壓需要串聯(lián)，缺點是電流值趨向于最小電流的電池板。圖2-1 太陽能電池

9、串聯(lián)特性并聯(lián)時電流疊加，電壓相等并聯(lián)后的伏安特性如圖2-2所示。提高功率一般需要并聯(lián)，缺點是電壓趨向于最小電壓的電池板。圖2-2 太陽能電池并聯(lián)特性電池板的連接方式不是優(yōu)缺點來決定的，它是根據負載的電壓決定串聯(lián)個數(shù)，根據負載功率決定并聯(lián)個數(shù)。三、實驗儀器設備及材料表2-1 實驗儀器設備及材料序號設備名稱型號與規(guī)格數(shù)量1太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)實訓平臺V-Ets-solar-IV12導線紅線、黑線若干四、實驗內容和步驟1.太陽能電池板的串聯(lián)開路電壓測試（1）在實驗臺上按照圖2-3連接好實驗導線。圖2-3 太陽能電池板的串聯(lián)開路電壓測試示意圖（2）打開“模擬光源控制單元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”

10、中的任意一個開關。（3）仔細觀察實驗臺上的“充電電壓表”的值，記錄下其中的最大值即為四塊太陽能電池板串聯(lián)的最大“開路電壓”。2.太陽能電池板的串聯(lián)短路電流測試（1）在實驗臺上按照圖2-4連接好實驗導線。圖2-4 太陽能電池板的串聯(lián)短路電流測試示意圖（2）打開“模擬光源控制單元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個開關。（3）仔細觀察實驗臺上的“充電電流表”的值，記錄下其中的最大值即為四塊太陽能電池板串聯(lián)的最大“短路電流”。3.太陽能電池板的串聯(lián)I-V特性測試（1）將四塊太陽能電池板串聯(lián)后按照以下步驟測試數(shù)據。（2）打開“模擬光源控制單元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個開關

11、。（3）將電阻箱調節(jié)如下幾組阻值，并記錄下每個刻度的電壓、電流值于表2-2中。表2-2 太陽能電池板的串聯(lián)I-V特性測試數(shù)據記錄表電阻值（歐）010501005001K5K10K電流（mA）電壓（V）（4）根據表格電壓電流值畫出太陽能電池串聯(lián)的伏安特性曲線圖，為了更好的描述太陽能電池輸出伏安特性曲線，可以再適當增加測試幾組數(shù)據。4.太陽能電池板的并聯(lián)開路電壓測試（1）在實驗臺上按照圖2-5連接好實驗導線。圖2-5太陽能電池板的并聯(lián)開路電壓測試示意圖（2）打開“模擬光源控制單元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個開關。（3）仔細觀察實驗臺上的“充電電壓表”的值，記錄下其中的最大值即為四

12、塊太陽能電池板并聯(lián)的最大“開路電壓”。5.太陽能電池板的并聯(lián)短路電流測試（1）在實驗臺上按照圖2-6連接好實驗導線。圖2-6太陽能電池板的并聯(lián)短路電流測試示意圖（2）打開“模擬光源控制單元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個開關。（3）仔細觀察實驗臺上的“充電電流表”的值，記錄下其中的最大值即為四塊太陽能電池板并聯(lián)的最大“短路電流”。6.太陽能電池板的并聯(lián)I-V特性測試（1）將四塊太陽能電池板并聯(lián)后按照以下步驟測試數(shù)據。（2）打開“模擬光源控制單元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個開關。（3）將電阻箱調節(jié)如下幾組阻值，并記錄下每個刻度的電壓、電流值于表2-3中。表2-3太

13、陽能電池板的并聯(lián)I-V特性測試數(shù)據記錄表電阻值（歐）010501005001K5K10K電流（mA）電壓（V）（4）根據表格電壓電流值畫出太陽能電池并聯(lián)后的伏安特性曲線圖，為了更好的描述太陽能電池輸出伏安特性曲線，可以再適當增加測試幾組數(shù)據。五、注意事項1.光照方向對光電池輸出影響較大，實驗時應給予注意。2.電壓表、電流表的量程必須分別大于太陽能電池板的開路電壓和短路電流。3.實驗結束后必須拆散電路，整理好儀器。六、思考題1.太陽能電池串聯(lián)時，如果其中一個太陽能電池的光照強度較低，那么輸出的電壓和電流將如何變化。2.太陽能電池并聯(lián)時，如果其中一個太陽能電池的光照強度較低，那么輸出的電壓和電流將

14、如何變化。七、實驗報告要求完成相關實驗數(shù)據的測量，并注意標注實驗數(shù)據測定的條件。實驗三 負載特性測試實驗一、實驗目的了解太陽能電池板的直接負載特性二、實驗原理在沒有光照時太陽能電池可視為一個理想二極管，在一定的光照下太陽能電池的輸出電壓與輸出電流的關系圖3-1所示。圖3-1 太陽能電池輸出電壓與輸出電流的關系圖當輸出端接負載電阻時，則有對應的端電壓、負載電流和輸出功率；負載電阻不同，對應的端電壓、負載電流和輸出功率也不同。只有當R為某一定值時，輸出功率最大，這就是最佳負載電阻，此時能量轉換效率最高。在一些應用中，必須考慮最佳負載電阻的選取。最佳負載電阻取決于光電池的內阻，用測定最大輸出功率所對

15、應的最佳負載電阻可得到光電池的內阻值，此值一般只有幾十歐姆。最佳負載電阻的大小和光照面積及入射光強有關。輸出電壓、輸出電流、輸出功率與負載電阻的關系如圖3-2所示。圖3-2 輸出電壓、輸出電流、輸出功率與負載電阻的關系圖一定光照條件下光電池的伏安特性曲線如圖3-3所示。圖3-3 一定光照條件下光電池的伏安特性曲線三、實驗儀器設備及材料表3-1 實驗儀器設備及材料序號設備名稱型號與規(guī)格數(shù)量1太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)實訓平臺V-Ets-solar-IV12導線紅線、黑線若干四、實驗內容和步驟1.載特性測試實驗（1）在實驗臺上按照圖3-4連接好實驗導線。圖3-4 載特性測試示意圖（2）打開“模擬光源控制單

16、元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個開關。（3）仔細觀察“充電電流表”和“充電電壓表”的數(shù)值記錄于下表中，并計算出每種直流負載的功率。（4）斷開DC12V風扇的兩根電源線，分別接入蜂鳴器、電機、交通燈、LED燈等不同的負載，觀察“充電電流表”和“充電電壓表”的數(shù)值記錄于下表中，并計算出每種直流負載的功率。表3-2 載特性測試記錄表12V直流負載風扇蜂鳴器電機交通燈LED燈電流（mA）電壓（V）功率W2.太陽能電池板最大輸出功率計算熟練掌握最大輸出功率公式如下：Pmax=Vmax×Imax（2）將實驗表格中的電壓數(shù)據乘以電流數(shù)據再除以1000，得出最大數(shù)據即為太陽能電池板的

17、最大輸出功率。（3）根據表格電壓電流值畫出太陽能電池的最大輸出功率曲線圖。3.太陽能電池組件輸出特性測試實驗（1）在實驗臺上按照圖3-5連接好實驗導線。圖3-5 太陽能電池組件輸出特性測試示意圖（2）打開“模擬光源控制單元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個開關。（3）將電阻箱調節(jié)如下幾組阻值，并記錄下每個刻度的電壓、電流值于表3-3中。表3-3太陽能電池組件輸出特性測試記錄表電阻值（歐）0501002005001K5K10K電流（mA）電壓（V）功率mW（4）根據表格電壓電流值計算出電池板的輸出功率。4.太陽能可變阻抗負載實驗（1）了解太陽能電池的電流電壓特性。（2）了解太陽能電池

18、板的伏安特性曲線概念（1）實驗臺上按照圖3-6連接好實驗導線。圖3-6 太陽能可變阻抗負載測試示意圖（2）打開“模擬光源控制單元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個開關。（3）將電阻箱調節(jié)如下幾組阻值，并記錄下每個刻度的電壓、電流值于表3-4中。表3-4 太陽能可變阻抗負載測試記錄表電阻值（歐）501002005001K5K10K電流（mA）電壓（V）功率（W）（4）表格中的功率最大值即為太陽能電池板的最大輸出功率。五、注意事項1.光照方向對光電池輸出影響較大，實驗時應給予注意。2.電壓表、電流表的量程必須分別大于太陽能電池板的開路電壓和短路電流。3.實驗結束后必須拆散電路，整理好儀

19、器。六、思考題1.負載電阻對太陽能電池的輸出特性有何影響？2.什么是最佳負載電阻？七、實驗報告要求完成相關實驗數(shù)據的測量和計算，并注意標注實驗數(shù)據測定的條件。實驗四 環(huán)境對太陽能電池光伏轉換的影響實驗一、實驗目的1.了解影響太陽能電池發(fā)電的環(huán)境因素2.掌握光強對能量轉換的影響3.掌握溫度對能量轉換的影響二、實驗原理溫度因素也影響著太陽能電池的性能。當溫度升高時其開路電壓下降呈線性關系。不同的材料的太陽能電池，都有著自己的工作溫度范圍。而對于某一個太陽能電池來講，在不同的溫度時，為得到最大的輸出功率所需的最佳負載也不同。陽能電池并不能把任何一種光都同樣地轉換成電。例如：通常紅光轉變?yōu)殡姷谋壤c藍

20、光轉變?yōu)殡姷谋壤遣煌?。由于光的顏?波長)不同，轉變?yōu)殡姷谋壤膊煌@種特性稱為光譜特性。光譜特性通常用收集效率來表示;所謂收集效率就是用百分數(shù)(%)來表示一單位的光(一個光子)入射到太陽能電池上，產生多少電子(和空穴)。一般而言，一個光子產生的電子(和空穴)數(shù)目是小于1的。光譜特性的測量是用一定強度的單色光照射太陽能電池，測量此時電池的短路電流，然后依次改變單色光的波長，再重復測量以得到在各個波長下的短路電流，即反映了電池的光譜特性。對于太陽能電池而言在相同的溫度下，更高的光照強度增強產生的電流也就越大，但不同的光照強度對電壓的變化影響很小。相同日照強度下，溫度變化對I-V曲線的影響非

21、常有限。太陽能電池在日照下能把太陽能轉化為電能，但是具體能轉化多少電能不僅取決于其自身的材料并且受跟于客觀條件。三、實驗儀器設備及材料表4-1實驗儀器設備及材料序號設備名稱型號與規(guī)格數(shù)量1太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)實訓平臺V-Ets-solar-IV12遮光板白、黃、紅、紫每種各1塊3照度計14導線紅線、黑線若干四、實驗內容和步驟1.太陽能電池板開路電壓與相對光強的函數(shù)關系（1）在實驗臺上按照圖4-1連接好實驗導線。圖4-1 太陽能電池板開路電壓與相對光強的函數(shù)關系測試示意圖（2）在暗箱中（用遮光罩擋光），打開“模擬光源控制單元”里面“晨日”開關，取水平距離光強作為標準光照強度，開啟觸摸屏的電源開關，

22、從實驗臺中的觸摸屏的右下角讀出電池板的光照強度J和“充電電壓表”的電壓值記錄于下表；（3）打開“模擬光源控制單元”里面“午日”開關，關閉“跟蹤系統(tǒng)電源開關”，從實驗臺中的觸摸屏的右下角讀出電池板的光照強度J0和“充電電壓表”的電壓值記錄于下表；（4）打開“模擬光源控制單元”里面“夕日”開關，關閉“跟蹤系統(tǒng)電源開關”，從實驗臺中的觸摸屏的右下角讀出電池板的光照強度J1和“充電電壓表”的電壓值記錄表4-2中；表4-2 太陽能電池板開路電壓與相對光強的函數(shù)關系測試數(shù)據記錄表模擬光源晨日午日夕日光功率（W）光照度（LUX）短路電流（Isc）（5）比較太陽能電池接收到相對光強度不同值時，求出開路電壓（V

23、oc）與相對光強度J/J0之間近似函數(shù)關系。2.太陽能電池板短路電流與相對光強的函數(shù)關系（1）在實驗臺上按照圖4-2連接好實驗導線。圖4-2 太陽能電池板短路電流與相對光強的函數(shù)關系測試示意圖（2）在暗箱中（用遮光罩擋光），打開“模擬光源控制單元”里面“晨日”開關，取水平距離光強作為標準光照強度，開啟觸摸屏的電源開關，從實驗臺中的觸摸屏右下角讀出電池板的光照強度J和“充電電流表”的電流值記錄于下表；（3）打開“模擬光源控制單元”里面“午日”開關，關閉“跟蹤系統(tǒng)電源開關”，從實驗臺中的觸摸屏右下角讀出電池板的光照強度J0和“充電電流表”的電流值記錄于下表；（4）打開“模擬光源控制單元”里面“夕日

24、”開關，關閉“跟蹤系統(tǒng)電源開關”，從實驗臺中的觸摸屏右下角讀出電池板的光照強度J1和“充電電流表”的電流值記錄表4-3中；（5）比較太陽能電池接收到相對光強度不同值時，求出開路電壓（Isc）與相對光強度J/J0之間近似函數(shù)關系。模擬光源晨日午日夕日光功率（W）光照度（LUX）短路電流mA（Isc）表4-3 太陽能電池板短路電流與相對光強的函數(shù)關系測試記錄表3.太陽能電池功率與相對光強的函數(shù)關系（1）連接好模型和實驗箱之間的三根電纜線。（2）在實驗臺上按照圖4-3連接好實驗導線。圖4-3 太陽能電池功率與相對光強的函數(shù)關系測試示意圖（3）將“充電電壓表”調節(jié)至“DC200mA”檔，將“充電電壓表

25、”調節(jié)至“DC20V”檔。（4）打開實驗箱左下角的“總電源”開關，順時針扭動開啟“光源”里面右邊的旋鈕開關。（5）將太陽能電池板固定在某一刻度，記錄下此時的電流、電壓值。用手擋住燈光，再記錄下此時的電流、電壓值與之前對比。這就證明光照度對光伏轉換的影響。（6）用照度計測量每個距離下的光強值和實驗箱中的溫度表的溫度值記錄在表4-4中。表4-4 用照度計測量的數(shù)據記錄表距離（cm）8070605040302010光照度（LUX）溫度（）電流（mA）電壓（V）4.太陽能電池光譜特性測試實驗（1）在實驗臺上按照圖4-4連接好實驗導線。圖4-4 太陽能電池光譜特性測試示意圖（2）打開“模擬光源控制單元”

26、里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個開關。（3）用自備的不同顏色遮光板擋住其中一塊電池板或遮住投光燈，更換不同顏色的遮光板，觀察電流、電壓表的數(shù)值并記錄于表4-5中。（4）計算出每種遮光板擋住光源后的功率，并與不用遮光板的功率進行對比。表4-5 太陽能電池光譜特性測試數(shù)據記錄表遮光板無遮光板白板紅板黃板紫板電流（mA）電壓（V）功率mW五、注意事項1.光照方向對光電池輸出影響較大，實驗時應給予注意。2.電壓表、電流表的量程必須分別大于太陽能電池板的開路電壓和短路電流。3.實驗結束后必須拆散電路，整理好儀器。六、思考題1.什么溫度條件下有利于太陽能發(fā)電？2.哪種單色光太陽能電池板的輸出功

27、率最大？七、實驗報告要求（1）設計不同環(huán)境，改變太陽能電池板的光強和溫度，在變化的環(huán)境下測量其電流、電壓和輸出功率。（2）找出影響太陽能板光伏轉換的環(huán)境因素，并定性說明和定量測量。（3）在不同光強和溫度下，繪制電流電壓曲線。實驗五 太陽能電池板轉換效率測量實驗一、實驗目的1.了解太陽能電池板的轉換效率特性。2.了解電池板的轉換效率s(%)概念。3.了解太陽能電池板的轉換效率。二、實驗原理1.太陽能電池板的轉換效率太陽能電池的轉換效率（）指在外部回路上連接最佳負載電阻時的最大能量轉換效率，等于太陽能電池的輸出功率與入射到太陽能電池表面的能量之比。采用一定功率密度的太陽光照射電池，電池吸收光子以后

28、會激發(fā)材料產生載流子，對電池性能有貢獻的載流子最終要被電極收集，自然在收集的同時會伴有電流、電壓特性，也就是對應一個輸出功率，那么，用產生的這個功率除以入射光的功率就是轉換效率。效率用表示。2.填充因子()太陽能電池的另一個重要參數(shù)是填充因子，是衡量太陽能電池輸出特性的重要指標，是代表太陽能電池在帶最佳負載時，能輸出的最大功率的特性，其值越大表示太陽能電池的輸出功率越大，的值始終小于l，它是最大輸出功率與開路電壓和短路電流乘積之比，即三、實驗儀器設備及材料表5-1 實驗儀器設備及材料序號設備名稱型號與規(guī)格數(shù)量1太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)實訓平臺V-Ets-solar-IV12導線紅線、黑線若干四、實驗

29、內容和步驟1.太陽能電池板填充因子計算（1）熟練掌握太陽能電池板的填充因子公式如下：F·F=（2）將實驗數(shù)據代入上公式中，計算出電池板的填充因子。（3）填充因子是表征太陽能電池板的性能優(yōu)劣的重要參數(shù)。其值越大，電池的光電轉換效率越高，一般的硅光電池F·F值在0.75-0.8之間。2.串聯(lián)電阻對填充因子的影響測試（1）在實驗臺上按照圖5-1連接好實驗導線。圖5-1 串聯(lián)電阻對填充因子的影響測試示意圖（2）打開“模擬光源控制單元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個開關。（3）將電阻箱調節(jié)如下幾組阻值，并記錄下每個刻度的電壓、電流值于表5-2中。（4）根據表格電壓電流值

30、計算出電池板的輸出功率填入表5-2中，并對電阻箱值為“0”時的功率進行比較。分析串聯(lián)電阻對填充因子的影響。表5-2 串聯(lián)電阻對填充因子的影響測試數(shù)據記錄表電阻值（歐）010501005001K5K10K電流（mA）電壓（V）輸出功率mW3.并聯(lián)電阻對填充因子的影響測試（1）在實驗臺上按照圖5-2連接好實驗導線。圖5-2 并聯(lián)電阻對填充因子的影響測試示意圖（2）打開“模擬光源控制單元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個開關。（3）將電阻箱調節(jié)如下幾組阻值，并記錄下每個刻度的電壓、電流值于表5-3中。（4）根據表格電壓電流值計算出電池板的輸出功率填入表5-3中，并對電阻箱值為“0”時的功

31、率進行比較。分析并聯(lián)電阻對填充因子的影響。表5-3 并聯(lián)電阻對填充因子的影響測試數(shù)據記錄表電阻值（歐）010501005001K5K10K電流（mA）電壓（V）輸出功率mW（1）掌握太陽能電池板的轉換效率公式如下：s(%)=×100%（2）公式中Pmax為太陽能電池板的最大輸出功率，Pin為入射到太陽能電池板表面的光功率。其中Pin要自備光功率計才能測得。（3）單晶硅的轉換效率最高，技術也最為成熟。在實驗室里最高的轉換效率為24.7%，規(guī)模生產時的轉換效率在15%左右。（4）理論分析及實驗表明，在不同的光照條件下，短路電流隨入射光功率線性增長。而開路電壓在入射光功率增加時只略微增加，

32、如圖5-3所示；圖5-3 不同的光照條件下開路電壓隨入射光功率增加曲線圖五、注意事項1.光照方向對光電池輸出影響較大，實驗時應給予注意。2.電壓表、電流表的量程必須分別大于太陽能電池板的開路電壓和短路電流。3.實驗結束后必須拆散電路，整理好儀器。六、思考題1.如何計算太陽能電池板光電轉換效率?2.如何提高太陽能電池板轉換效率？七、實驗報告要求完成相關實驗數(shù)據的測量和計算，并注意標注實驗數(shù)據測定的條件。實驗六 太陽能應用實驗一、實驗目的1.了解太陽能光伏板充電在實際中的應用方面。2.總結出太陽能光伏板充電的優(yōu)缺點。二、實驗原理太陽能的應用范圍很廣泛，除了可以直接驅動直流負載以外，還可以通過逆變輸

33、出到市電網絡，或者驅動交流負載。太陽能廣泛應用于以下領域：1.用戶太陽能電源：(1)小型電源10-100W不等，用于邊遠無電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機等;(2)3-5KW家庭屋頂并網發(fā)電系統(tǒng);(3)光伏水泵：解決無電地區(qū)的深水井飲用、灌溉。2.交通領域：如航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標志燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。3.通訊/通信領域：太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng);農村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機、士兵GPS供電等。4.太陽能建筑：將太陽能發(fā)電與建筑材料相結合，使得未來

34、的大型建筑實現(xiàn)電力自給，是未來一大發(fā)展方向。5.家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。6.光伏電站：10KW-50MW獨立光伏電站、風光(柴)互補電站、各種大型停車廠充電站等。7.其他領域包括：(1)與汽車配套：太陽能汽車/電動車、電池充電設備、汽車空調、換氣扇、冷飲箱等;(2)太陽能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng);(3)海水淡化設備供電;(4)衛(wèi)星、航天器、空間太陽能電站等。三、實驗儀器設備及材料表6-1 實驗儀器設備及材料序號設備名稱型號與規(guī)格數(shù)量1太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)實訓平臺V-Ets-solar-IV12導線紅線、黑線若干四、實驗內容和步驟

35、1.太陽能驅動直流負載實驗（1）在實驗臺上按照圖6-1連接好實驗導線。圖6-1 太陽能驅動直流負載實驗示意圖（2）將A、B、C、D四塊光伏板并聯(lián)連接于電路中。（3）按一下控制器有上角的“控制設置”按鈕。此時風扇在轉動。（4）將充電電流、充電電壓和負載電流、負載電壓表的數(shù)值記錄于表6-2中。（5）計算一下光伏板的輸入功率和控制器的輸出功率。表6-2 充電電流、充電電壓和負載電流、負載電壓表的數(shù)值記錄表充電電流（mA）充電電壓（V）輸入功率（W）負載電流（mA）負載電壓（V）輸出功率（W）2.太陽能電池直接充電（1）在實驗臺上按照圖6-2連接好實驗導線。圖6-2 太陽能電池直接充電示意圖（2）將A

36、、B、C、D四塊光伏板并聯(lián)連接于電路中。（3）按一下控制器有上角的“控制設置”按鈕。此時風扇在轉動。（4）將充電電流、充電電壓的數(shù)值記錄于表6-3中，計算一下光伏板的輸入功率。表6-3太陽能電池直接充電數(shù)據記錄表充電電流（mA）充電電壓（V）（5）關閉實驗臺上的模擬光源（投光燈），注意觀察充電電流、電壓表的數(shù)據變化。并與上表的數(shù)據進行對比。（電流反向，變?yōu)樨摚?）試說明太陽能直接充電的缺點。3.太陽能路燈充電測試實驗（1）在實驗臺上按照圖6-3連接好實驗導線。圖6-3 太陽能路燈充電測試實驗（2）將A、B、C、D四塊光伏板并聯(lián)連接于電路中。（3）按一下控制器有上角的“控制設置”按鈕。此時風扇

37、在轉動。（4）將充電電流、充電電壓的數(shù)值記錄于表6-4中。（5）計算一下光伏板的輸入功率。表6-4 太陽能路燈充電測試數(shù)據記錄表充電電流（mA）充電電壓（V）輸入功率（W）五、注意事項1.光照方向對光電池輸出影響較大，實驗時應給予注意。2.電壓表、電流表的量程必須分別大于太陽能電池板的開路電壓和短路電流。3.實驗結束后必須拆散電路，整理好儀器。六、思考題太陽能電池板在什么情況下回給蓄電池充電？七、實驗報告要求完成相關實驗數(shù)據的測量和計算，并注意標注實驗數(shù)據測定的條件。實驗七 太陽能光控跟蹤實驗一、實驗目的1.了解太陽能跟蹤系統(tǒng)的工作原理。2.熟練掌握跟蹤系統(tǒng)的使用操作方法。3.了解太陽能跟蹤系

38、統(tǒng)傳動機構的工作原理。4.了解太陽能跟蹤系統(tǒng)在應用中的優(yōu)缺點。二、實驗原理隨著社會經濟的快速發(fā)展，人類所面臨的能源問題越來越突出，太陽能作為一種清潔能源，無疑受到各國的普遍重視。在相同條件下，光照強度越大，太陽能電池輸出功率越大。因而增大太陽能電池受光面的光照強度，就可增大太陽能電池輸出功率。除了提高太陽光電池本身的轉換效應和提高蓄電池充放電效應外，對太陽的自動跟蹤是太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)中另一種提高轉換效率的有效手段。因此，在太陽能的利用過程中，實施太陽跟蹤是很有必要的。對太陽進行跟蹤的方法很多，但不外乎為采用確定太陽位置所用的兩種坐標系統(tǒng)，即赤道坐標系和地平坐標系，并分為雙軸跟蹤和單軸跟蹤。單軸

39、跟蹤已在很多文獻作了介紹，本文要討論的為雙軸跟蹤。為了敘述方便，在以后的陳述中將兩種坐標系下的整個系統(tǒng)統(tǒng)稱為太陽能板。系統(tǒng)采用在地平坐標系下的太陽跟蹤及程序跟蹤和傳感器跟蹤相結合的控制方式，即采用程序控制，利用光學傳感器對太陽能板做自動定位和誤差校正，而通過單片機控制步進電機來實現(xiàn)。單片機利用時鐘提供的日期和時間，計算出太陽能板的預期位置，與編碼器提供的當前位置比較，輸出控制信號。驅動裝置根據單片機提供的信號控制俯仰角電機和方位角電機使太陽能板運行至太陽垂直照射點，從而進行跟蹤。傳感器在太陽能板位置出現(xiàn)誤差時進行校正。系統(tǒng)由時鐘、單片機、驅動裝置、編碼器、太陽能板和傳感器6部分組成。系統(tǒng)的核心

40、部件是傳感器和單片機。太陽跟蹤系統(tǒng)原理見圖7-1所示。圖7-1 太陽跟蹤系統(tǒng)原理框圖本控制系統(tǒng)中所采用光電傳感器為6塊相同的硅光電池，其中4塊用來制作四象限硅光電池，進行誤差校正。2塊作為判斷光照強弱的信號輸出傳感器。太陽跟蹤傳感器是本系統(tǒng)的關鍵部件。為了保證太陽能板的受光面始終與太陽光線保持垂直而不發(fā)生偏離，采用特制的四象限硅光電池作為太陽跟蹤誤差校正用傳感器。圖7-2 光強信號傳感器示意圖如圖7-2所示為四象限跟蹤太陽傳感器原理圖。當光軸對準太陽時，光斑的中心在光軸上。四個象限接收到相同的光功率，輸出相同的電壓信號。當光軸未對準太陽時即太陽光與光軸成一角度時，光線經光學系統(tǒng)照射到四象限光電

41、池上形成的光斑必然發(fā)生偏移即(xO，yO)。由于各象限的光功率與各象限的光斑面積成正比，每個象限被光斑覆蓋的面積不同，因此各象限光電池產生的電壓不盡相同。根據上述將Vx，Vy進行模數(shù)轉換，然后送入單片機。單片機通過驅動設備可控制俯仰角電機和方位角電機轉動，直到Vx=Vy=O，即x=O，y=O，則表明系統(tǒng)光軸已經對準太陽，根據以上原理即可對太陽能板位置誤差進行校正。判斷光強信號傳感器由兩塊光電池組成，一塊接受太陽輻射，另外一塊受光面背光。如圖所示，前一塊光電池的作用是：判斷太陽直射輻射的強度，在直射輻射較弱時不啟動跟蹤程序，從而避免多云天氣的盲目跟蹤。后一塊光電池的作用是當長時間陰天或多云轉晴后

42、太陽重新出現(xiàn)時，判斷太陽直射輻射的強度，來決定是否啟動跟蹤程序。三、實驗儀器設備及材料表7-1 實驗儀器設備及材料序號設備名稱型號與規(guī)格數(shù)量1太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)實訓平臺V-Ets-solar-IV12導線紅線、黑線若干四、實驗內容和步驟（1）連接好實驗臺與跟蹤系統(tǒng)之間的三根連接線。（2）打開實驗臺的總電源開關和順時針扭動急停開關，使儀表等都能點亮。（3）按一下跟蹤系統(tǒng)的電源開關，使跟蹤系統(tǒng)有正常的電源供電。（4）開啟模擬光源三個中的“晨日”開關，注意觀察，跟蹤系統(tǒng)上的光伏板向開啟的光源方向轉動。直到跟蹤能接受到最強的光照后自動停止。（5）再開啟模擬光源三個中的“午日”開關，注意觀察，跟蹤系統(tǒng)上

43、的光伏板向開啟的光源方向轉動。直到跟蹤能接受到最強的光照后自動停止。（6）最后開啟模擬光源三個中的“夕日”開關，注意觀察，跟蹤系統(tǒng)上的光伏板向開啟的光源方向轉動。直到跟蹤能接受到最強的光照后自動停止。（7）用手部分擋住四塊電池板中間黑色傳感器，試看四塊電池板能否還能找到投光燈。五、注意事項1.光照方向對光電池輸出影響較大，實驗時應給予注意。2.電壓表、電流表的量程必須分別大于太陽能電池板的開路電壓和短路電流。3.處于跟蹤模式時，不允許所有的燈都關閉，可以“晨日”、“午日”、“夕日”都打開，也可以打開其中兩個。4.實驗結束后必須拆散電路，整理好儀器。六、思考題1.采用跟蹤系統(tǒng)有什么好處？2.自動

44、跟蹤的原理是什么？七、實驗報告要求（1）設計不同環(huán)境，改變太陽能電池板的光強和溫度，在變化的環(huán)境下測量其電流、電壓和輸出功率。（2）找出影響太陽能板光伏轉換的環(huán)境因素，并定性說明和定量測量。（3）在不同光強和溫度下，繪制電流電壓曲線。實驗八 太陽能蓄電池充放電控制實驗一、實驗目的1.認識蓄電池的性能指標。2.掌握太陽能蓄電池充、放電監(jiān)測實驗的導線連接方法。3.總結太陽能蓄電池充、放電監(jiān)測實驗的優(yōu)缺點。二、實驗原理1.鉛酸蓄電池的結構鉛酸蓄電池主要由正極板組、負極板組、隔板、容器、電解液及附件等部分組成。極板組是由單片極板組合而成，單片極板又由基極(又叫極柵)和活性物質構成。鉛酸蓄電池的正負極板

45、常用鉛銻合金制成，正極的活性物是二氧化鉛，負極的活性物質是海綿狀純鉛。電解液是用蒸餾水稀釋純濃硫酸而成。其比重視電池的使用方式和極板種類而定，一般在1.2001.300(25)之間(充電后)。容器通常為玻璃容器、襯鉛木槽、硬橡膠槽或塑料槽等。2.鉛酸蓄電池的工作原理蓄電池是通過充電將電能轉換為化學能貯存起來，使用時再將化學能轉換為電能釋放出來的化學電源裝置。它是用兩個分離的電極浸在電解質中而成。由還原物質構成的電極為負極。由氧化態(tài)物質構成的電極為正極。以酸性溶液(常用硫酸溶液)作為電解質的蓄電池，稱為酸性蓄電池。鉛酸蓄電池視使用場地，又可分為固定式和移動式兩大類。鉛酸蓄電池單體的標稱電壓為2V

46、。實際上，電池的端電壓隨充電和放電的過程而變化。鉛酸蓄電池在充電終止后，端電壓很快下降至2.3伏左右。放電終止電壓為1.71.8伏。若再繼續(xù)放電，電壓急劇下降，將影響電池的壽命。鉛酸蓄電池的使用溫度范圍為4040。鉛酸蓄電池的安時效率為85%90%，瓦時效率為70%，它們隨放電率和溫度而改變。以酸性溶液(常用硫酸溶液)作為電解質的蓄電池，稱為酸性蓄電池。鉛酸蓄電池視使用場地，又可分為固定式和移動式兩大類。鉛酸蓄電池單體的標稱電壓為2V。實際上，電池的端電壓隨充電和放電的過程而變化。3.蓄電池的電壓鉛酸蓄電池在充電終止后，端電壓很快下降至2.3伏左右。放電終止電壓為1.71.8伏。若再繼續(xù)放電，

47、電壓急劇下降，將影響電池的壽命。鉛酸蓄電池的使用溫度范圍為4040。鉛酸蓄電池的安時效率為85%90%，瓦時效率為70%，它們隨放電率和溫度而改變。4.蓄電池的容量鉛酸蓄電池的容量是指電池蓄電的能力，通常以充足電后的蓄電池放電至端電壓到達規(guī)定放電終了電壓時電池所放出的總電量來表示。在放電電流為定值時，電池的容量用放電電流和時間的乘積來表示，單位是安培小時，簡稱安時。蓄電池的“標稱容量”是在蓄電池出廠時規(guī)定的該蓄電池在一定的放電電流及一定的電解液溫度下單格電池的電壓降到規(guī)定值時所能提供的電量。蓄電池的放電電流常用放電時間的長短來表示(即放電速度)，稱為“放電率”，如30、20、10小時率等。其中

48、以20小時率為正常放電率。所謂20小時放電率，表示用一定的電流放電，20小時可以放出的額定容量。通常額定容量用字母"C"表示。因而C20表示20小時放電率，C30表示30小時放電率。5.蓄電池的型號鉛酸蓄電池的型號由三個部分組成:第一部分表示串聯(lián)的單體電池個數(shù)；第二部分用漢語拼音字母表示的電池類型和特征；第三部分表示20小時率干荷電式（C20）的額定容量。例如"6-A-60"型蓄電池，表示6個單格(即12伏)的干荷電式鉛酸蓄電池，標稱容量為60安時。蓄電池標稱電壓：12V。蓄電池充滿電壓：14.8V；充滿恢復電壓：13.5V。蓄電池過放電壓：10.8V；

49、過放恢復電壓：13V。輸出電壓：10.8-14.8V額定輸出電流：5A。三、實驗儀器設備及材料表8-1 實驗儀器設備及材料序號設備名稱型號與規(guī)格數(shù)量1太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)實訓平臺V-Ets-solar-IV12導線紅線、黑線若干四、實驗內容和步驟1.太陽能電池直接充電（1）在實驗臺上按照圖8-1連接好實驗導線。圖8-1 太陽能電池直接充電測試示意圖（2）將A、B、C、D四塊光伏板并聯(lián)連接于電路中。（3）按一下控制器有上角的“控制設置”按鈕。此時風扇在轉動。（4）將充電電流、充電電壓的數(shù)值記錄于下表，計算一下光伏板的輸入功率。表8-2 太陽能電池直接充電測試數(shù)據記錄表充電電流（mA）充電電壓（V）

50、輸入功率（mW）（5）關閉實驗臺上的模擬光源（投光燈），注意觀察充電電流、電壓表的數(shù)據變化。并與上表的數(shù)據進行對比。（電流反向，變?yōu)樨摚?）試說明太陽能直接充電的缺點。2.太陽能電池直接充放電實驗（1）在實驗臺上按照圖8-2連接好實驗導線。圖8-2 太陽能電池直接充放電測試示意圖（2）將A、B、C、D四塊光伏板并聯(lián)連接于電路中。（3）按一下控制器有上角的“控制設置”按鈕。此時風扇在轉動。（4）將充電電流、充電電壓和負載電流、負載電壓表的數(shù)值記錄于表8-3中。（5）計算一下光伏板的輸入功率和控制器的輸出功率。表8-3 陽能電池直接充放電測試數(shù)據記錄表充電電流（mA）充電電壓（V）輸入功率（W）

51、負載電流（mA）負載電壓（V）輸出功率（W）五、注意事項1.光照方向對光電池輸出影響較大，實驗時應給予注意。2.電壓表、電流表的量程必須分別大于太陽能電池板的開路電壓和短路電流。3.處于跟蹤模式時，不允許所有的燈都關閉，可以“晨日”、“午日”、“夕日”都打開，也可以打開其中兩個。4.實驗結束后必須拆散電路，整理好儀器。六、思考題1.蓄電池的容量如何計算？2.如何延長蓄電池的實用壽命？七、實驗報告要求完成相關實驗數(shù)據的測量和計算，并注意標注實驗數(shù)據測定的條件。實驗九 太陽能光伏逆變器實驗一、實驗目的1.掌握逆變器的工作原理。2.了解逆變器的結構組成。二、實驗原理1.逆變器的功能逆變器與整流器恰好

52、相反，它的功能是將直流電轉換為交流電。這種對應于整流的逆向過程，被稱之為“逆變”。太陽能電池在陽光照射下產生直流電，然而以直流電形式供電的系統(tǒng)有很大的局限性。因此，除特殊用戶外，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中都需要配備逆變器。逆變器還具備有自動調壓或手動調壓功能，可改善光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電質量。綜上所述，逆變器已成為光伏發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的重要配套設備。2.光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變器的技術要求（）要求具有較高的逆變效率；（）要求具有較高的可靠性；（）要求直流輸入電壓有較寬的適應范圍；（）在中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器的輸出應為失真度較小的正弦波。3.逆變器的主要技術性能指標額定輸出電壓；逆變器應具有足夠的額定

53、輸出容量和過載能力；輸出電壓穩(wěn)定度；輸出電壓的波形失真度；額定輸出頻率；負載功率因數(shù)；額定輸出電流（或額定輸出容量）；額定逆變輸出效率；保護功能：過電壓保護；過電流保護。4.逆變器的分類和電路結構方波逆變器；正弦波逆變器。三、實驗儀器設備及材料表9-1 實驗儀器設備及材料序號設備名稱型號與規(guī)格數(shù)量1太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)實訓平臺V-Ets-solar-IV12導線紅線、黑線若干四、實驗內容和步驟1.逆變器輸入電壓范圍測試實驗（1）在實驗臺上按照圖9-1連接好實驗導線。圖9-1 逆變器輸入測試示意圖（2）緩慢調節(jié)“可調穩(wěn)壓電源”的“電壓”調節(jié)旋鈕，仔細觀察“可調電源”的“電壓表”數(shù)值，并記錄指示燈點亮時的電壓范圍。此電壓范圍即是逆變器的電壓輸入范圍。（此逆變器的輸入電壓范圍再10.514.5V