太陽能電池伏安特性曲線實驗報告-太陽能板工作曲線

1、 太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù) 實 驗 項 目： 太陽能電池伏安特性曲線 專 業(yè) 年 級： 2014級電子科學(xué)與技術(shù) 學(xué) 生 姓 名：學(xué) 號： 146711000 指 導(dǎo) 老 師：成 績：農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院信息與機電工程系2017年 6月 18日11 / 13一、實驗?zāi)康?二、實驗要求1三、實驗儀器設(shè)備1四、實驗原理11、太陽能電池工作原理22、太陽能電池等效電路圖23、伏安特性曲線2五、實驗容與步驟41、實驗容42、實驗步驟4最大輸出功率與入射角的關(guān)系測試7六、實驗分析與實驗總結(jié)10一、實驗?zāi)康?、了解并掌握光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理 2、了解并掌握光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成，學(xué)習(xí)太陽能發(fā)電系統(tǒng)的裝配 3、了解并掌

2、握太陽能電池的工作原理及其應(yīng)用 二、實驗要求1、熟悉光伏發(fā)電系統(tǒng)的功能。2、測量太陽能電池板的不同距離下開路電壓、短路電流、并算出填充因子及繪出功率曲線 三、實驗儀器設(shè)備1、太陽能電池板2、光源3、可調(diào)電阻4、2臺萬用表四、實驗原理太陽能電池結(jié)構(gòu)圖1、太陽能電池工作原理光照下，P-N結(jié)將產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)。當(dāng)入射光能量大于導(dǎo)體材料的禁帶寬度時，光子在表面一定深度的圍被吸收，并在結(jié)區(qū)及其附近的空間激發(fā)電子空穴對。此時，空間電荷區(qū)的光生電子和空穴分離，P-N結(jié)附近擴(kuò)散長度圍的光生載流子擴(kuò)散到空間電荷區(qū)。P區(qū)的電子在電場作用下漂移到N區(qū)，N區(qū)的空穴漂移到P區(qū)，產(chǎn)生光生電流。光生載流子的漂移并

3、堆積形成與結(jié)電場方向相反的電場及正向結(jié)電流。當(dāng)光生電流和正向結(jié)電流相等時，P-N結(jié)建立穩(wěn)定的電勢差，即光生電壓。2、太陽能電池等效電路圖 為了進(jìn)一步分析太陽能電池的特點，可以使用一個等效電路來表現(xiàn)太陽能電池的工作情況，等效電路圖如圖所示。電路由一個理想恒流源IL，一個串聯(lián)電阻Rs，一個并聯(lián)電阻Rsn，以及理想因子分別為1和2的兩個二極管D1和D2組成。太陽能電池等效電路圖3、伏安特性曲線根據(jù)伏安特性曲線的數(shù)據(jù)，可以計算出太陽能電池性能的重要參數(shù)，包括開路電壓、短路電流、最大輸出功率、最佳輸出電壓、最佳輸出電流、填充因子、太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率，串聯(lián)電阻以及并聯(lián)電阻。下面對這些參數(shù)進(jìn)行具體的解釋

4、。太陽能電池電流電壓特性（1）開路電壓Voc:在標(biāo)準(zhǔn)條件下，I=0時，太陽能電池所輸出的電壓值。 短路電流Isc:在標(biāo)準(zhǔn)條件下，V=0時，太陽能電池由光電流所提供的電流值。（2）最大輸出功率Pmp:太陽能電池的伏安特性曲線又稱為負(fù)載特性曲線，它描述了太陽能電池的輸出電壓和輸出電流隨負(fù)載變化的曲線。當(dāng)負(fù)載變化到某一工作點，使得該工作點的電壓值與電流值的乘積最大時，這個乘積就是太陽能電池的最大輸出功率。此時的輸出電壓和電流分別稱為最佳輸出電壓和最佳輸出電流，用Ump和Imp表示。(3)填充因子FF:矩形ImpVmp與矩形IscVoc的面積比作為填充因子，表示為:理想情況下FF為1，實際的FF恒小于

5、1，填充因子是評價太陽能電池性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一，直接反應(yīng)了電池的轉(zhuǎn)換效率。五、實驗容與步驟1、實驗容1、光伏電池的開路電壓和短路電流特性測試。2、光伏發(fā)電的負(fù)載伏安特性測試。2、實驗步驟在光源與太陽能電池組件距離為100cm根據(jù)以上步驟在光源與太陽能電池組件距離為100cm測量數(shù)據(jù)如以下表1-1，圖1-2所示，測得短路電流Isc=92.21mA，開路電壓Uoc=15.896V當(dāng)負(fù)載為182時功率P取得最大值Pmax=680.96mW100cmR0150160170181182183184186190200400600U01010.510.8411.1611.2211.2711.2811.3

6、111.411.512.112.9815.896I92.216664.662.8360.9160.7560.7260.185934559.2575346.30功率0660678.3681.077680.253680.96684.652678.83672.37674.8655.5641.3625.050表1-1圖1-2在光源與太陽能電池組件距離為150cm 根據(jù)以上步驟在光源與太陽能電池組件距離為150cm測量數(shù)據(jù)如以下表1-3，圖1-4所示，測得短路電流Isc=71.71mA，開路電壓Uoc=15.15V當(dāng)負(fù)載為201時功率P取得最大值Pmax=523.71mW，其填充因子FF=0.48。15

7、0cmR0180195196198200201205215230400600800U09.551010.110.210.3210.3510.410.4710.8911.712.813.715.15I71.7152.2851.55150.950.750.650.0148.1346.743.530.125.60功率0499.274515515.1519.18523.224523.71520.104501.03503508.95385.28350.720表1-3圖1-44在光源與太陽能電池組件距離為180cm根據(jù)以上步驟在光源與太陽能電池組件距離為180cm測量數(shù)據(jù)如以下表1-5，圖1-6所示，測得

8、短路電流Isc=59.6mA，開路電壓Uoc=14.7V當(dāng)負(fù)載為251時功率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圖1-5圖1-6在光源與太陽能電池組件距離為200cm根據(jù)以上步驟在光源與太陽能電池組件距離為200cm測量數(shù)據(jù)如以下表1-7，圖1-

9、8所示，測得短路電流Isc=55.2mA，開路電壓Uoc=14.4V當(dāng)負(fù)載為235時功率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圖1-7圖1-8在光源與太陽能電池組件距離為250cm根據(jù)以上步驟在光源與太陽能電池組件距離為250cm測量數(shù)據(jù)如以下

10、表1-9， 圖1-10所示，測得短路電流Isc=42.4mA，開路電壓Uoc=13.7V當(dāng)負(fù)載為279時功率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圖1-9圖1-10最大輸出功率與入射角的關(guān)系測試將太陽能電池板，電流表，電壓表，負(fù)載電路連

11、接回路。光源的發(fā)光方向?qū)χ柲茈姵亟M件，打開光源電源，等光源發(fā)光亮度穩(wěn)定后開始測量，金鹵燈從接通電源到穩(wěn)定發(fā)光需要等幾分鐘。改變電阻阻值，測量流經(jīng)電阻的電流和電壓即可得到光伏組件的伏安特性。測量過程中輻射光源與光伏組件的距離要保持不變，以保證整個測量過程是在相同的光照強度下進(jìn)行的。改變光照入射角度，分別測量太陽能電池在不同入射角下的最大功率輸出，同時繪制伏安特性曲線，繪制不同入射角度的伏安特性曲線。在光照入射角度為30°時，負(fù)載伏安特性測試數(shù)據(jù)如表2-1所示。繪制伏安特性曲線如圖2-2所示。電阻0200250300330340350351355400500700電壓07.68.77

12、9.710.1410.3510.6810.6210.6811.212.3213.6514.6電流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 角度為30°伏安特性測試圖2-2 角度為30°伏安特性測試測得短路電流Isc=48.47mA，開路電壓Uoc=14.6V當(dāng)負(fù)載為350時，功率P取得最大值Pmax=323.3mW，填充因子0.456。在光照入射角度為45°時，負(fù)載伏

13、安特性測試數(shù)據(jù)如表2-3所示。繪制伏安特性曲線如圖2-4所示。電阻0200229231232233234235250300500700電壓09.6710.4610.510.5310.5410.5410.610.8711.5813.1713.8515.1電流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 角度為45°伏安特性測試圖2-4 角度為45°伏安特性測試測得短路電流Isc=68.3mA

14、，開路電壓Uoc=15.1V當(dāng)負(fù)載為232時，功率P取得最大值Pmax=472.7mW，填充因子0.46。在光照入射角度為60°時，負(fù)載伏安特性測試數(shù)據(jù)如表2-5所示。繪制伏安特性曲線如圖2-6所示。電阻0100150200201202210230250300500700電壓06.168.959.829.869.861010.410.7511.4112.913.5314.79電流67.560.0150.7048.648.4548.347.144.942.5737.725.6819.270功率0469.7453.8477.2477.7476.1471466.9457.6430.1331.3260.720表2-5 角度為60°伏安特性測試圖2-6 角度為60°伏安特性測試測得短路電流Isc=67.5mA，開路電壓Uoc=14.79V當(dāng)負(fù)載為201時，功率P取得最大值Pmax=477