《新能源光伏实验指导书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新能源光伏实验指导书（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验一多晶硅电池组件输出性能实验实验目的及要求（1）要求测试并画出太阳能电池组件在无光照时的暗伏安特性曲线并比较与普 通二极管特性曲线的异同；（2）画出直观的曲线图，分析太阳能电池板开路电压与光强之间的关系；（3）画出直观的曲线图，分析太阳能电池板短路电流与光强之间的关系；（4）能熟练利用手动法测试多晶硅太阳能电池板输出性能；（5）了解太阳能电池板在实际生活中的一些简单应用实例。实验原理太阳能电池利用半导体p-n结受光照射时的光伏效应发电，太阳能电池的基 本结构就是一个大面积平面p-n结，图2-1为p-n结示意图。p型半导体中有相当数量的空穴，几乎没有自由电子。n型半导体中有相当 数量的自由电
2、子，几乎没有空穴。当两种半导体结合在一起形成P-N结时，N区 的电子（带负电）向p区扩散，p区的空穴（带正电）向n区扩散，在p-n结附 近形成空间电荷区与势垒电场。势垒电场会使载流子向扩散的反方向作漂移运 动，最终扩散与漂移达到平衡，使流过p-n结的净电流为零。在空间电荷区内， p区的空穴被来自n区的电子复合，n区的电子被来自p区的空穴复合，使该区 内几乎没有能导电的载流子，又称为结区或耗尽区。当光电池受光照射时，部分电子被激发而产生电子一空穴对，在结区激发的 电子和空穴分别被势垒电场推向n区和p区，使n区有过量的电子而带负电，p 区有过量的空穴而带正电，p-n结两端形成电压，这就是光伏效应，
3、若将p-n结 两端接入外电路，就可向负载输出电能。在一定的光照条件下，改变太阳能电池负载电阻的大小，测量其输出电压与 输出电流，得到输出伏安特性，如图2-2实线所示。IV图2-2太阳能电池的输出特性负载电阻为零时测得的最大电流ISC称为短路电流。负载断开时测得的最大 电压VOC称为开路电压。太阳能电池的输出功率为输出电压与输出电流的乘积。同样的电池及光照条 件，负载电阻大小不一样时，输出的功率是不一样的。若以输出电压为横坐标， 输出功率为纵坐标，绘出的P-V曲线如图2-2点划线所示。输出电压与输出电流的最大乘积值称为最大输出功率Pmax。填充因子F.F定义为：F - F = Pmax（2-1）
4、x填充因子是表征太阳电池性能优劣的重要参数，其值越大，电池的光电转换 效率越高，一般的硅光电池FF值在0.750.8之间。转换效率n定义为：门（）= px 1。%（2-2）inPin为入射到太阳能电池表面的光功率。理论分析及实验表明，在不同的光照条件下，短路电流随入射光功率线性增 长，而开路电压在入射光功率增加时只略微增加，如图2-3所示。IV图2-3不同光照条件下的I-V曲线实验内容整个实验分为验证实验和应用实验部分，其中每个部分各含有4个子实验， 具体安排内容如下：验证实验一：太阳能电池板的暗伏安特性暗伏安特性是指无光照射时，流经太阳能电池的电流与外加电压之间的关系。太阳能电池的基本结构是
5、一个大面积平面p-n结，单个太阳能电池单元的p-n 结面积已远大于普通的二极管。在实际应用中，为得到所需的输出电流，通常将 若干电池单元并联。为得到所需输出电压，通常将若干己并联的电池组串连。因 此，它的伏安特性虽类似于普通二极管，但取决于太阳能电池的材料，结构及组 成组件时的串并连关系。实验目的：本实验要求测试并画出太阳能电池组件在无光照时的暗伏安特性曲线并比 较与普通二极管特性曲线的异同。实验步骤如下：（1）用遮光板罩住太阳能电池板。（2）按照如图2-4所示电路原理图接线。将待测的太阳能电池板接到测试 仪上的“直流输出0-20 V”接口，电压表测量太阳能电池板两端电压，电流表测量 回路中的
6、电流。图2-4正向电压伏安特性测试接线原理图（3）调节电压调节旋钮，起始记数为0 A，再逐渐增大输出电压，每间隔 0.5 V左右记一次电流值，终止记数为8 V。记录到表2-1中。（4）按照如图2-5所示电路原理图接线。与图2-4相反，电源提供反向电 压。接线完成后调节电压调节旋钮，起始为-0.5 V左右，逐渐增大输出电压，每 间隔1 V左右记一次电流值，范围-0.5 V-8 V，记录电流随电压变换的数据于表 2-2 中。图2-5反向电压伏安特性测试接线原理图实验数据记录：表2-1太阳能电池板给正向电压的暗伏安特性U(V)I(mA)U(V)I(mA)表2-2太阳能电池板给反向电压的暗伏安特性U(
7、V)I(mA)U(V)I(mA)本节实验思考与讨论：（1）以电压为横坐标，电流为纵坐标，根据表2-1、表2-2画出太阳能电池的伏 安特性曲线。（2）讨论太阳能电池的暗伏安特性与一般二级管的伏安特性有何异同。验证实验二：测量太阳能电池板的开路电压和光强之间的关系 实验目的：画出直观的曲线图，分析太阳能电池板开路电压与光强之间的关系。实验步骤如下：（1）打开光源开关，预热5分钟。（2）打开遮光板。将电池板后螺丝松动，通过滑道滑至顶端（使光功率表 头与卤光灯在一水平线上，确保实验准确性）固定牢。将光功率表连接线接到测 试仪上表面的电压/光功率复用表mW表笔插座上，不同的输出范围选择相应的 mW档。由
8、近及远移动滑动支架（10 cm-45 cm，5 cm间隔），P为测量到的光功 率，为了实验准确，需将光功率扩大十倍，即读数X10，扩大十倍后单位为mW（例如：20 mW档读数为3.45，实际填写表格的数据时34.5 mW）。将计算好的 光功率记入表2-3中。探头采光面积为S=1 cm2。测量距光源一定距离的光强I=P/S, 将计算好光强也记入表2-3中。（3）如图将太阳能电池板输出线接在测试仪表面电压表20V档表笔插座 上，测试开路电压。由近及远移动滑动支架（确保距离的取值与测光功率保持一 致，即5 cm间隔），将开路电压值记入表2-3中。（此时电池板应将滑道滑至底 端，使其正好与光源保持水平
9、）。卤灯光太阳能电池板图2-6开路电压与光强关系测试原理图实验数据记录：表2-310cm15cm20cm25cm30cm35cm40cm45 cmUoc（V）P（mW）Ig(mW/ cm2)I g = P / S S = 1cm 2本节实验思考与讨论：（1）根据表2-3数据，以光强为横坐标，开路电压为纵坐标，画出太阳能电池 的开路电压随光强变化的关系曲线。（2）分析曲线有什么特点。验证实验三：测量太阳能电池板的短路电流和光强之间的关系实验目的：画出直观的曲线图，分析太阳能电池板短路电流与光强之间的关系。实验步骤如下：实验步骤与实验二大致相同，采用同样方法测量电池板由近及远的光功率值 （10 c
10、m-45 cm，间隔5 cm）。记录方法与实验二相同，将计算好的光功率值及光 强值记入表2-4。如图将太阳能电池板输出线接在测试仪表面电流表20 mA档表笔插座上， 测试短路电流。再由近及远移动滑动支架（确保距离的取值与测光功率保持一致， 即5cm间隔），将短路电流值记入表2-4中.（此时电池板应将滑道滑至底端， 使其正好与光源保持水平）卤灯光N太阳能电池板图2-7短路电流与光强关系测试原理图实验数据记录：表2-410cm15cm20cm25cm30cm35cm40cm45 cmIsc（mA）P（mW）Ig（mW/ cm2）I = P / S S = 1cm 2本节实验思考与讨论：（1）根据表
11、2-4数据，以光强为横坐标，短路电流为纵坐标，画出太阳能电池 的短路电流随光强变化的关系曲线。（2）分析曲线有什么特点。验证实验四：太阳能电池板的输出特性测量实验目的：测试太阳能电池板性能。实验步骤如下：（1）按图2-8接线，以电阻箱作为太阳能电池板的匹配负载。在一定光照 强度下（将电池板固定在20cm处，注意开路电压太小影响实验效果）。（2）先将电阻箱设定为0欧姆，记录下太阳能电池板的短路电流L；再将sc电阻箱设定为9999欧姆，记录下太阳能电池板的开路电压U，填于表2-5中。（3）从低到高改变电阻箱阻值，使其达到如下表的电压数值（列举3、 4.19为大约数值，读数时保留两位小数）并记录电压
12、值及与其对应的电流值， 并计算输出功率PO=UxI，记入表2-6中。选出PO中最大数值即Pmax，记入表2-5 中。图2-8太阳能输出特性接线原理图实验数据记录:表2-5最大输出功率Pmax（mW）开路电压Uoc（V）短路电流Isc（mA）表2-6测试光强I=mW/cm2U (V)3456789101112I (mA)P (mW)U (V)131415161717.51818.519I (mA)P (mW)O本节实验思考与讨论：（1）根据表2-6数据作太阳能电池板的输出伏安特性曲线及功率曲线。（2）计算填充因子FF。（3）计算转换效率ns（入射到太阳能电池板上的光功率Pin=IxS，S1为太阳
13、能 电池板面积）。实验二 不同环境下硅基太阳能电池输出性能实验实验目的及要求（1）了解p-n结基本结构与工作原理；（2）了解太阳能电池的基本结构，理解工作原理；（3）掌握p-n结的I-V特性及I-V特性对温度的依赖关系；（4）掌握太阳能电池基本特性参数测试原理与方法，理解光源波长、温度等因 素对太阳能电池特性的影响；（5）熟练掌握利用Origin-Lab或Microsoft Excel电脑软件对原始数据处理作图；（6）通过分析p-n结、太阳能电池基本特性参数测试数据，进一步熟悉实验数 据分析与处理的方法，分析实验数据与理论结果间存在差异的原因；（7）了解太阳能电站的工作原理。实验原理i光生伏特
14、效应半导体材料是一类特殊的材料，从宏观电学性质上说它们导电能力在导体和 绝缘体之间，导电能力随外界环境，如温度、光照等，发生剧烈的变化。半导体 材料具有负的带电阻温度系数。从材料结构特点说，这类材料具有半满导带、价 带和半满带隙，温度、光照等因素可以使价带电子跃迁到导带，改变材料的电学 性质。通常情况下，都需要对半导体材料进行必要的掺杂处理，调整它们的电学 特性，以便制作出性能更稳定、灵敏度更高、功耗更低的电子器件。基于半导体 材料电子器件的核心结构通常是p-n结。p-n结简单说就是p型半导体和n型半 导体的基础区域。太阳能电池，本质上就是p-n结。常见的太阳能电池从结构上说是一种浅结深、大面积的p-n结。太阳能电池
