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1、实验十 太阳电池伏-安特性测量,序言部分,太阳电池（Solar Cells）,也称为光伏电池，是将太阳光辐射能直接转换为电能的器件。由这种器件封装成太阳电池组件，再按需要将一块以上的组件组合成一定功率的太阳电池方阵，经与储能装置、测量控制装置及直流-交流变换装置等相配套，即构成太阳电池发电系统，也称为之光伏发电系统。,太阳电池的发展历程,几千年来人类无意识地利用太阳能来取暖和晾晒物品，直到19世纪末才出现了第一台太阳能热水器，而第一片太阳电池的出现则是在1954年 其发展过程简列如下： 1893年 法国科学家贝克勒尔发现“光生伏打效应”，即“光伏效应”。 1930年 肖特基提出Cu2O势垒的“
2、光伏效应”理论。同年，朗格首次提出用“光伏效应”制造“太阳电池”，使太阳能变成电能。,1941年 奥尔在硅上发现光伏效应。 1954年 恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，首次制成了实用的单晶太阳电池，效率为6%。同年，韦克尔首次发现了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成了第一块薄膜太阳电池。 1958年 太阳电池首次在空间应用，装备美国先锋1号卫星电源。 1959年 第一个多晶硅太阳电池问世，效率达5%。,1975年 非晶硅太阳电池问世。 1980年 单晶硅太阳电池效率达20%，砷化镓电池达22.5%，多晶硅电池达14.5%，硫化镉电池达9.15%。 1998年 单晶硅光伏电池效率达2
3、5%。荷兰政府提出“荷兰百万个太阳光伏屋顶计划”，到2020年完成。 自50年代研制成第一块实用的硅太阳电池、60年代太阳电池进入空间应用、70年代进入了地面应用，太阳能光电技术已历经了半个世纪。发展到今天，世界太阳电池组件的年产量达200MW以上。,太阳电池的应用,屋顶太阳能发电并网系统,太阳能交通指示系统,太阳电池庭院灯,太阳电池玩具,太阳电池鱼缸,韩国的风力发电和太阳能发电互补系统,将来的太阳能车,太阳能建材一体化零能住宅,硅太阳能电池的生产流程,实验部分,实验目的,了解太阳电池的工作原理及其应用； 测量太阳电池的伏安特性曲线。,实验原理,太阳光发电的优点 太阳电池的种类和特征 太阳电池
4、的结构 光伏效应 太阳电池的表征参数 太阳电池的等效电路,太阳光的发电的优点,不需要燃料取之不尽用之不竭的太阳光就是能源。 清洁能源不会排放NOx、CO2等有害物质。 不需要烦琐的操作系统运行全靠自动进行。 系统简单维护方便整个发电系统没有运转部件，属 于静态发电因此维护简单方便。,太阳电池的种类和特征,晶体硅太阳电池结构,太阳电池发电原理示意图,光伏效应,N型半导体和P型半导体接触形成PN结，PN结内存在从N区指向区的内建电场。PN结受光照后，半导体吸收光能产生带正电和负电的粒子（空穴和电子），在内建电场作用下，电子（）朝N型半导体汇集，而空穴（）则朝P型半导体汇集。如果外电路处于开路状态，
5、那么这些光生电子和空穴积累在pn结附近，使p区获得附加正电荷，n区获得附加负电荷，这样在pn结上产生一个光生电动势。,光伏效应,成品太阳电池组件, 成品太阳电池组件正面外观,成品太阳电池组件正面外观 ,太阳电池的工作原理是基于光伏效应。当光照射太阳电池时，将产生一个由n区到p区的光生电流Iph。同时,由于pn结二极管的特性，存在正向二极管电流ID ,此电流方向从p区到n区，与光生电流相反。因此,实际获得的电流I为,太阳电池的表征参数,式中VD 为结电压,如果忽略太阳电池的串联电阻Rs,VD即为太阳电池的端电压V，即,太阳电池的表征参数,当太阳电池的输出端短路时，V = 0 （VD0），得短路电
6、流 即太阳电池的短路电流等于光生电流，与入射光的强度成正比。 当太阳电池的输出端开路时，I = 0，得开路电压,太阳电池的表征参数,当太阳电池接上负载R时，所得的负载伏安特性曲线如图所示。,太阳电池的伏安特性曲线,负载R可以从零到无穷大。当负载Rm使太阳电池的功率输出为最大时，它对应的最大功率Pm为 式中 Im 和 Vm 分别为最佳工作电流和最佳工作电压。,太阳电池的表征参数,将Voc与Isc的乘积与最大功率Pm之比定义为填充因子FF，则 FF为太阳电池的重要表征参数，FF愈大则输出的功率愈高。FF取决于入射光强、材料的禁带宽度、理想系数、串联电阻和并联电阻等。,太阳电池的表征参数,实验电路,
7、太阳能电池,实验过程：,将太阳光伏组件，负载电阻R0、R1、R2通过接线板连成回路，同时，把路端电压连接到数据采集器CH1输入端，把R0二端的电压接入数据采集器CH2输入端，并设置数据采集器X轴为CH1，Y轴为CH2。改变负载电阻R1和R2，采集流经负载的电流I和负载上的电压V，即可得到该光伏组件的伏-安特性曲线。测量过程中辐射光源与光伏组件的距离要保持不变，以保证整个过程中是在相同光照度下进行的。,分别测量以下几种条件下光伏组件的伏-安特性曲线, 辐射光源与光伏组件的距离为60cm； 辐射光源与光伏组件的距离为80cm； 辐射光源与光伏组件的距离为80cm，并且电池板转过一角度（如30度）；
8、（演示实验） 辐射光源与光伏组件的距离为80cm，将两组光伏组件串联； 辐射光源与光伏组件的距离为80cm，将两组光伏组件并联。,关键步骤,根据采集的图像曲线变化情况，来调节R1或R2 在旋动R1或R2时，注意旋动的速度。应匀速缓慢。 R1与R2旋动方向应一致，不能出现一个是顺时针旋动而另一个是逆时针旋动。,实验数据及处理,1、数据记录 2、用计算机处理数据 3、画出不同条件下的各种曲线 （1）光伏组件的伏-安特性曲线； （2）光伏组件的输出功率P随负载电压V的变化； （3）光伏组件的输出功率P随负载电阻R的变化。,确定不同条件下光伏组件的短路电流Isc，开路电压Voc，最大功率Pm，最佳工作电流Im、工作电压Vm及负载电阻Rm，填充因子FF，并将这些实验数据列在一表格内进行比较。,如：辐射光源与光伏组件的距离为80cm；,伏安特性,功率与电压的关系,功率与电阻的关系,不同条件下的各物理量比较,实验注意事项！,1.辐射光源的温度较高，应避免与灯罩接触。 2.辐射光源的供电电压为220V,应小心触电,
