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1、太阳能光伏发电原理与应用 实验报告课题名称：太阳能光伏发电原理与应用实验专业班级：12 级应用光电子01 学生学号：1209040110 学生姓名：胡超学生成绩：指导教师：刘国华课题工作时间：2015.6.1 至2015.6.4实验一、太阳辐射能的测量下表是针对武汉市的日照情况，记录武汉市的某一天某一时段 （每两分钟记录一次）的太阳辐射强度：太 阳 辐 射 监 测 系 统时间瞬时值累计值总辐射散射辐射直接辐射反射辐射净全辐射总辐射散射辐射直接辐射反射辐射净全辐射10:06 538 113 436 41 112 0.031 0.014 0.016 0.003 0.009 10:08 404 10
2、5 298 32 77 0.056 0.013 0.045 0.004 0.012 10:10 449 99 347 31 268 0.049 0.013 0.037 0.004 0.009 10:12 416 97 304 33 246 0.056 0.012 0.043 0.004 0.033 10:14 645 118 525 49 347 0.056 0.012 0.042 0.004 0.033 10:16 198 105 57 24 105 0.077 0.014 0.062 0.006 0.040 10:18 549 107 425 42 326 0.025 0.013 0.00
3、7 0.003 0.012 10:20 610 111 485 45 329 0.066 0.013 0.051 0.005 0.039 10:22 631 108 513 50 304 0.076 0.013 0.061 0.006 0.039 10:24 619 108 493 45 284 0.076 0.013 0.062 0.006 0.036 10:26 465 103 310 39 194 0.075 0.013 0.059 0.006 0.034 10:28 653 109 402 47 264 0.067 0.013 0.043 0.005 0.027 10:30 690 1
4、11 337 48 263 0.079 0.013 0.046 0.006 0.032 10:32 693 113 318 47 249 0.083 0.013 0.042 0.006 0.031 10:34 653 115 214 48 219 0.082 0.014 0.035 0.006 0.029 10:36 713 118 176 53 145 0.061 0.013 0.018 0.005 0.021 10:38 575 111 92 44 89 0.087 0.014 0.020 0.006 0.015 10:40 717 115 53 44 90 0.080 0.014 0.0
5、09 0.006 0.010 根据表格数据用MATLAB 分别作出各辐射瞬时值、 累计值与时间的关系曲线如下：分析：由两个图像均可知总辐射散射辐射+直接辐射，总辐射与净辐射与反射辐射之和有一定差值， 差值应是有效辐射， 某时刻辐射累计值 =120秒（此时刻辐射瞬时值 +上一时刻辐射瞬时值） /2. 由于天气原因， 仪器误差以及人为所致误差，致使实验数据不是很理想， 太阳辐射值的采集应选择天气较好，阳光明媚的日子。结论：总辐射散射辐射+直接辐射，总辐射与净全辐射和反射辐射之和的差值为地面的有效辐射。实验二：太阳能电池基本特性的测量1.下表为无光照条件下测量太阳能电池正向偏压时的I-U 特性U1
6、（v）0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 U2 (mv) 7.5 13.7 22.1 32.8 47.5 67.1 92.7 127.3 174 236 I ( A) 7.5 13.7 22.1 32.8 47.5 67.1 92.7 127.3 174 236 ln(I) -11.8 -11.19 -10.72 -10.33 -9.95 -9.61 -9.29 -8.97 -8.65 -8.35 根 据 表 格 由MATLAB作 出1lnuI曲 线 ， 拟 合 成 直 线 如 下0 . 511 . 522 . 53- 1 2- 1 1 . 5-
7、1 1- 1 0 . 5- 1 0- 9 . 5-9-8.5-8电 阻 两 端 电 压 u1(V)lnI(A)lnI-u1图Y： 拟 合 后 直 线y： 原 始 曲 线分析：由图像可知lnI 与电压呈线性变化，斜率为1.4798即 =1.479，由两线重合点（2.25， -8.97） 带入公式01lnulnII算出0lnI =-11.9296,即0I =6.592 A 2. 下表为太阳能电池在光照时改变阻值电压随电流变化阻值 k100 80 60 40 20 10 8 6 4 2 1 0.8 0.4 0.2 电压 u(v) 4.63 4.625 4.617 4.607 4.581 4.531
8、4.503 4.453 4.354 3.971 2.863 2.394 1.225 0.615 电流 I(mA) 0.046 0.058 0.077 0.115 0.229 0.453 0.563 0.742 1.089 1.986 2.863 2.993 3.063 3.075 功率 P(mw) 0.214 0.267 0.355 0.531 1.049 2.053 2.535 3.305 4.739 7.884 8.197 7.164 3.752 1.891 根据上表数据应用MATLAB 分别作出电流随电压变化曲线、电阻功率随电流变化曲线如下：0.511.522.533.544.5500.
9、511.522.533.5电 阻 两 端 电 压 u(V)电路中电流I（mA）Iu曲 线Y： 拟 合 后 曲 线y： 原 始 数 据 点01020304050607080901000123456789电 阻 箱 阻 值 R(k)输出功率P（mw）PR 曲 线Y： 拟 合 后 曲 线y： 原 始 曲 线分析：由 IU 曲线得知电流随电压的增加而减小，斜率逐渐变大即减小速率变大两截距得出短路电流scI=3.15mA,ocu=4.65V， 由 PR曲线得出最初功率随阻值增加而变大达到峰值后， 再根据电阻增加而减小， 可知最大输出功率mP =8.2mw,对应的电阻值R=4.1k，计算太阳能电池重要参数
10、填充因子FF=mP /（scIocu）=8.2mw/(3.15mA4.65V)=0.56 结论：电流随电压增大而减小， 而减小的速率在增大， 功率随阻值的增加先增大后减小，期间有一峰值。3.太阳能电池短路电流scI和开路电压ocu与相对光强0/ JJ的关系J(m w) 984.00J1.058 1.173 1.274 1.4 1.537 1.655 1.724 0/ JJ1 1.075 1.192 1.295 1.422 1.562 1.682 1.752 )(scmAI3.2 3.6 4.1 4.7 5.5 6.6 8 9.8 ocu（V）4.373 4.45 4.54 4.62 4.7 4
11、.77 4.86 4.94 由表中数据应用MATLAB分别作出短路电流scI与相对光强0/ JJ的曲线，开路电压ocu与相对光强0/ JJ的曲线如下：11.11.21.31.41.51.61.71.8345678910相 对 光 强 J/J0短路电流Isc（mA）IscJ/J0曲 线Y： 拟 合 后 曲 线y： 原 始 曲 线11.11.21.31.41.51.61.71.84.24.34.44.54.64.74.84.95相 对 光 强 J/J0开路电压uos(v)uosJ/J0曲 线Y： 拟 合 后 曲 线y： 原 始 数 据 点分析：由scI0/ JJ曲线图像可知：短路电流随相对光强的增
12、加即光强的增加，逐渐增加，且增加速率也逐渐变大。由ocu0/ JJ曲线图像可知：开路电流随相对光强的增加即光强的增加， 且变化几乎成线性。 结论：光照越强， 太阳能电池产生的电压越大，进而导致电路中 电流变大。实验三：太阳能光伏发电系统实验由实验测得数据如下：太阳能正极输入电压u=13.54v; 蓄电池输入 u=11.67；交流输出 u=107.5v 实验四：太阳能电池综合特性的测量1.太阳能电池暗特性测试在无光照条件下在太阳能电池加-30V30V 偏压，测试太阳能电池两端的电压和通过太阳能电池的电流数值记录于下表U(V) -30 -27 -24 -21 -18 -15 -12 -9 -6 -
13、3 0 u(V) -29.2 -26.4 -23.5 -20.6 -17.8 -14.8 -11.9 -8.9 -6 -3 0 I(mA) -0.83 -0.65 -0.5 -0.36 -0.26 -0.17 -0.12 -0.07 -0.04 -0.01 0 U(V) 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 u(V) 0 2.6 3.6 3.9 4.1 4.2 4.2 4.3 4.4 4.4 4.5 I(mA) 0 0.38 2.41 5.17 7.92 10.81 13.72 13.72 16.56 19.59 25.5 根据上表数据应用MATLAB分别作出 -30V30
14、V 偏压下的 IV特性曲线，只在正向偏压下的IV 特性曲线如下：-30-20-100102030-5051015202530太 阳 能 两 端 电 压 （ v）电流值I（mA）太 阳 能 电 池 暗 电 阻 IV 特 性 曲 线Y： 拟 合 后 曲 线y： 原 始 曲 线00.511.522.533.544.5051015202530太 阳 能 电 池 正 偏 压 暗 特 性 曲 线太 阳 能 电 池 两 端 偏 压 （ V）电流值I（mA）拟 合 后 曲 线原 始 数 据 点分析：根据两张曲线图， 得知电流值随电压的增加而升高，且增加速率随电压的增加而增加，即电阻在减小，正偏电压下比反偏电压
15、增加的更快。结论：太阳能电池的暗电阻在反偏电压下很大，且变化缓慢，而在正偏电压下较小，且减小的较快。2.太阳能电池光照特性测试不加滤波片，有光照最强下，改变阻值，电压及电流的变化记录于下表：阻值 （k）1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 u(V) 0.95 1.75 2.42 2.97 3.24 3.45 3.52 3.55 3.58 3.6 I(mA) 0.94 0.87 0.8 0.74 0.65 0.57 0.5 0.44 0.39 0.35 根据上表数据应用MATLAB 作太阳能光照时IV 特性曲线如下0.511.522.533.540.40.50.60.70.80.91太 阳 能 电 池 两 端 电 压 （ V）电流值（mA）太 阳 能 电 池 光 照 时 IV 特 性 曲 线拟 合 后 曲 线原 始 数 据 点分析：由 IV 特性曲线可知电压在增加时，电流减小，且减小速率在增加。然而电阻变大时，其两端电压增加，电流减小，电阻呈线性变化，其曲线应是一条斜率不变的直线， 而现在斜率变大， 证明此时太阳能电池光电阻值随电压的增加而增加的结论：太阳能电池的光电阻随所加电压增加而减小，成反比。3.不加滤波片，有较低光照，改变阻值，电压及电流的变化记录于下表：阻值 (k ）1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 u(V) 0.64 1.22 1.
