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1、-太阳能光伏发电应用技术一、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10. z.-一、实验目的1、了解并掌握光伏发电系统的原理 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
2、用表四、实验原理太阳能电池构造图. z.-1、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，光子在外表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别离，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
3、的工作情况，等效电路图如下图。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、最正确输出电压、最正确输出电流、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。下面对这些参数进展具体的解释。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
4、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*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正确输出电压和最正确输出电流，用Ump和Imp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，直接反响了电池的转换效率。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
5、电池组件距离为100cm100cmR0150160170181182183184186190200400600U010I665934557530功率06600表1-1图1-2在光源与太阳能电池组件距离为150cm时功率P取得最大值Pma*=523.71mW，其填充因子FF=0.48。150cmR0180195196198200201205215230400600800U010I510功率05155030表1-3图1-44在光源与太阳能电池组件距离为180cm时功率P取得最大值Pma*=402.591mW，其填充因子FF=0.46。180cmR0200250255252251305400600U
6、0I400功率04020图1-5图1-6在光源与太阳能电池组件距离为200cm时功率P取得最大值Pma*=361.77mW，其填充因子FF=0.46。200cmR0200230235240248250400600U0I0功率00图1-7图1-8在光源与太阳能电池组件距离为250cm时功率P取得最大值Pma*=279.21，其填充因子FF=0.48。250cmR0250270275279280282400600U0I0功率00图1-9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，翻开光源电源，等光源发光亮度稳定后开场测
7、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一样的光照强度下进展的。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。电阻0200250300330340350351355400500700电压0电流0功率02850表2-1 角度为30伏安特性测试图2-2 角度为30伏安特性测试时，功率P取得最大值Pm
8、a*=323.3mW，填充因子0.456。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0200229231232233234235250300500700电压0电流450功率00表2-3 角度为45伏安特性测试图2-4 角度为45伏安特性测试时，功率P取得最大值Pma*=472.7mW，填充因子0.46。在光照入射角度为60时，负载伏安特性测试数据如表2-5所示。绘制伏安特性曲线如图2-6所示。电阻0100150200201202210230250300500700电压010电流0功率04710表2-5 角度为60伏安特性测试图2-6 角度为60伏安特性测试时，功率P取得最大值Pma*=477.2mW，填充因子0.47。六、实验分析与实验总结1、光照距离越近，光照强度越大，其功率Pma*越大。2、最大输出功率、最正确输出电压、最正确输出电流均随着距离的增加而增大，最正确负载电阻随距离的增大而减小。3、实验过程中会出现误差：电流表和电压表的内电阻以及导线内阻接触电阻对实验的影响。可调变阻箱调的电阻不够准确。万用表读书不稳定。温度以及其他光源的影响。4、太阳能电池的填充因子FF远小于理论上的最大值1，说明太阳能电池制造工艺和构造上还有很大的提升空间。. z.
