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1、.太阳能光伏发电应用技术 实 验 项 目： 太阳能电池伏安特性曲线 专 业 年 级： 2014级电子科学与技术 学 生 姓 名：学 号： 146711000 指 导 老 师：成 绩：XX农林大学金山学院信息与机电工程系2017年 6月 18日.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10.一、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
2、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台万用表四、实验原理太阳能电池结构图.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,光子在表面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分离,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
3、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的工作情况,等效电路图如图所示。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、最佳输出电压、最佳输出电流、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。下面对这些参数进行具体的解释。
4、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。当负载变化到某一工作点,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佳输出电压和最佳输出电流,用Ump和Imp表示。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
5、价太阳能电池性能优劣的重要指标之一,直接反应了电池的转换效率。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电池组件距离为100cm根据以上步骤在光源与太阳能电池组件距离为100cm测量数据如以下表1-1,图1-2所示,测得短路电流Isc=92.21mA,开路电压Uoc=15.896V当负载为182时功率P取得最大值Pmax=680.96mW100cmR0150160170181182183184186190200400600U01010.510.8411.1611.2211.2711.2811.3111.41
6、1.512.112.9815.896I92.216664.662.8360.9160.7560.7260.185934559.2575346.30功率0660678.3681.077680.253680.96684.652678.83672.37674.8655.5641.3625.050表1-1图1-2在光源与太阳能电池组件距离为150cm 根据以上步骤在光源与太阳能电池组件距离为150cm测量数据如以下表1-3,图1-4所示,测得短路电流Isc=71.71mA,开路电压Uoc=15.15V当负载为201时功率P取得最大值Pmax=523.71mW,其填充因子FF=0.48。150cmR01
7、80195196198200201205215230400600800U09.551010.110.210.3210.3510.410.4710.8911.712.813.715.15I71.7152.2851.55150.950.750.650.0148.1346.743.530.125.60功率0499.274515515.1519.18523.224523.71520.104501.03503508.95385.28350.720表1-3图1-44在光源与太阳能电池组件距离为180cm根据以上步骤在光源与太阳能电池组件距离为180cm测量数据如以下表1-5,图1-6所示,测得短路电流Is
8、c=59.6mA,开路电压Uoc=14.7V当负载为251时功率P取得最大值Pmax=402.591mW,其填充因子FF=0.46。180cmR0200250255252251305400600U08.659.59.710.0510.0910.711.7512.5814.7I59.642.740.840.24039.934.829.1525.270功率0367.225388.55389.94402402.591372.36342.512317.890图1-5图1-6在光源与太阳能电池组件距离为200cm根据以上步骤在光源与太阳能电池组件距离为200cm测量数据如以下表1-7,图1-8所示,测得
9、短路电流Isc=55.2mA,开路电压Uoc=14.4V当负载为235时功率P取得最大值Pmax=361.77mW,其填充因子FF=0.46。200cmR0200230235240248250400600U08.39.159.39.359.579.511.312.114.4I55.240.839.2538.938.438.137.628.2523.850功率0338.61359.31395361.77359.04364.617357.2321.485298.1250图1-7图1-8在光源与太阳能电池组件距离为250cm根据以上步骤在光源与太阳能电池组件距离为250cm测量数据如以下表1-9,
10、图1-10所示,测得短路电流Isc=42.4mA,开路电压Uoc=13.7V当负载为279时功率P取得最大值Pmax=279.21,其填充因子FF=0.48。250cmR0250270275279280282400600U08.18.68.78.858.868.8810.2511.3213.7I42.432.0931.8531.6731.5531.431.125.6520.510功率0259.929273.91275.529279.21278.204276.168262.9125252.680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
11、的发光方向对着太阳能电池组件,打开光源电源,等光源发光亮度稳定后开始测量,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相同的光照强度下进行的。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07.68.779.710.1410.3
12、510.6810.6210.6811.212.3213.6514.6电流48.4737.534.6932.1131.0530.7530.2730.0729.927.824.2520.190功率0285304.2311.4321.3321.9323.3319.3315.7311.4298.7275.590表2-1 角度为30伏安特性测试图2-2 角度为30伏安特性测试测得短路电流Isc=48.47mA,开路电压Uoc=14.6V当负载为350时,功率P取得最大值Pmax=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
13、。电阻0200229231232233234235250300500700电压09.6710.4610.510.5310.5410.5410.610.8711.5813.1713.8515.1电流68.347.8345.074544.944.744.744.542.9938.426.2819.750功率0462.5471.4472.5472.7471.1471.5471.7467.3445.1346.7273.530表2-3 角度为45伏安特性测试图2-4 角度为45伏安特性测试测得短路电流Isc=68.3mA,开路电压Uoc=15.1V当负载为232时,功率P取得最大值Pmax=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
