太阳能光伏材料与系统综合实验.ppt

太阳能发电材料与系统综合实验photovoltaicmaterialsandsystemexperimentses，大连交通大学材料科学与工程学院电子材料与设备教室，实验目录实验1，太阳能辐射能量的测定实验2，单体太阳能电池的制造实验3，不同材料的太阳能电池的性能测定实验4， 太阳能电池组件的制作和测量实验5太阳能电池系统的实验(设计性)，实验1，太阳能辐射能量的测量，1，实验目的是了解太阳和太阳辐射的基本概念。 检测太阳的放射能。 2、实验原理1 )太阳能和太阳辐射太阳是聚合核反应器，辐射功率为3.8X1026W，中心温度约为2X107K。 太阳表面是6000K的黑体。 太阳辐射光谱的波长为10pm110km，其中99%的能量集中在0.276m1.96m之间。 地球每年接受太阳的总能量为1.8X108kwh，太阳仅为总能量的20亿分之一。 除光能、热能外，风能、水能、生物质和矿物燃料都来源于太阳能。 在一些具体的地理位置，太阳对地面的照射取决于地球绕太阳的公转和自转、大气吸收和反射以及气象条件(阴、雨、晴)。 2 )大气质量数Thesolarconstantis1.353kW/m2.太阳常数：1.353kW/m2特定规定：太阳光在大气外垂直照射时，大气质量数为AM0； 太阳常数So=1.353kW/m2。 其他人放射角的大气质量(AM )数可以用AMl与地面的角度的关系来表现，AM=l/cos(11)AM1 :太阳入射光与地面的角度为90OAMl.5的太阳的天顶角为48.2O时，1kW/m2AM2:太阳的天顶角为60O时. 一般应用于地面：对于Aml.5。 AM0在太空中使用。 3 )日照地理分布的具体地点的日照依赖于该地点所在的纬度和季节的太阳光谱：如图1-2所示(参考书3 )。 图1-1世界地面年总辐射量(单位：千卡/厘米2年)(参考书3 )为9月昼夜二等分日的日照量等高线。 大部分地区本月的日照量接近平均水平。 太阳光谱：如图1-2所示(参考书3 )。 图1-2太阳光谱，4 )太阳辐射能量的测定(1)最常用的是总辐射和直接辐射的测定。 使用直接辐射计测量直接辐射(图1-3 )。 (2)光强度计测定：采用JG2型光功率计粗略测定。 图1-3直接辐射计，1)JG2型光功率计(光电转换放大器)。 本装置主要由光检测头、电流电压转换器、电压放大器、数字面板仪表和电压表构成，可测量激光功率、功率密度(照度)。 主要技术指标：波长范围400nm1100nm； 额定波长670nm、632.8nm、514.5nm、488.Onm、457.9nm、441.6nm范围： 0.01W100mW； 测定分级2W、20W、200W、2mW、20mW、200mW数字显示：3(1/2)字不正确度：5%； 模拟输出满量程5V输入电压： AC.220V50HZ； 电力消耗： 10W，3 .实验设备和仪器，4 .实验内容和程序，1 )学习太阳光辐射的基本知识。 2 )对于不同的时间，天气采用上文介绍的JG2型光功率计测量太阳辐射功率。 方法使用光探头在不同方向测量光强q，以光探头面积s的光强(光功率/单位面积):I=Q/S单位： mW/cm23 )整理数据，建立曲线进行分析。 针对大连市日照状况，计算大连市某日某时的太阳辐射强度。 创建I-数据表和曲线。 4 )写实验报告。 实验二、单元太阳能电池的制造，图2-2多晶硅太阳能电池工艺流程图，图2-3柱状晶粒的多晶硅太阳能电池结构，视频录制，实验三，不同材料的太阳能电池的性能检查，1，以实验为目的检查太阳能电池的光电响应特性，用激光光源、氙灯和透镜系统检测太阳能电池的光谱响应2、设备和仪器1)HN600型氦氖激光器2 )氙灯3)JG2型激光功率显示器(光电转换放大器)(如前所述)(图3-1氦氖激光器结构的示意图)4) anger型多用途钟表。 5 )单电池太阳能电池曲线检测器(电子负载)6)单晶、多晶、非晶材料的单体太阳能电池7 )万用表。图3-1氦氖激光器结构的示意图、图3-2氙灯结构的示意图、实验3、不同材料的光伏材料电池的性能检查、3、实验原理：1)伏安图、短路电流和开路电压参数：短路电流Isc、开路电压Voc、工作点、负载线、最大功率Pm、图3-4太阳能电池的伏安法在曲线上，工作电压和工作电流的积最大的点称为太阳能电池的最佳工作点，得到的积称为太阳能电池的最大输出，称为Pm=ImVm。 将太阳能电池的能量转换效率：太阳能电池的最大输出Pm、垂直入射到电池表面的输入电力Pi与太阳能电池面积a之比简称为转换效率，=Pm/APix100%太阳能电池的最大输出Pm、开路电压Voc和短路电流Isc之积的比用百分率表示的值称为填充因子，是测量太阳能电池的输出特性的好坏的重要指标之一，FF=Pm/VocIsc相对于一定的开路电压Voc值和短路电流Isc值的特性曲线，填充因子FF越接近1，则电池的转换效率越高3 )太阳能电池的温度特性和光电特性图3-5表示硅太阳能电池的温度特性，硅太阳能电池的光电特性表示短路电流Isc有随光强度的增加而增加、急速增加、在强光下饱和的倾向。 图3-5硅太阳能电池的温度特性，4，实验内容和步骤，1 )采用氦氖激光的氦氖激光的激光束(632.8nm )照射太阳能电池，测定其电流密度j。 用氦氖激光和氙灯、光功率计、透镜系统、多用途钟表构建测量系统，如图3-6所示：2)在光束能量不变的前提下，用激光功率计测量光束能量e。 对于太阳能电池的输入=632.8nm处的绝对响应Qa (输入)，因为Qa=j/e或各波长的相对响应的刻度不同，所以可以按照式(416 )按比例确定各波长公共的比例系数k。 数据处理，作图线。 3 )制作检测(I-V曲线)，电路图如图3-7所示。 用氙灯模拟自然光，用自然光检测I-V曲线。 数据处理，作图线。 计算效率、填充系数。 图3-6太阳能电池性能试验装置的结构示意图，图3-8太阳能电池电压-电流曲线图，图3-7自制的氙灯，实验4，太阳能电池模块的制作和检查，1，实验目的是学习太阳能电池模块的连接方法，监视用层压机制作太阳能电池模块的太阳能电池模块的性能(I-V曲线)。 2 .实验设备和设备1 )晶体硅单体太阳能电池及太阳能电池模块2 )焊条、焊料、框架、强化玻璃、粘接剂、TPF复合膜(基板)、抗蚀剂等材料3 )层压机4 )太阳能电池模块特性测定器5 )步进器， 图4-1几个典型的太阳能电池模块的封装结构剖视图，图4-3平面型太阳能电池模块的制造工艺流程图，4，实验内容和工序，1 )学习太阳能电池模块的连接方法，按照图4-7，以混合方式连接图4-7太阳能电池模块的方法2 )按照图4-3的工序，进行拉伸4 )写实验报告，以图4-7太阳能电池的正方阵连接法、实验五太阳能电池系统的实验(设计性实验)、1、实验目的是以太阳能电池模块、控制器、蓄电池及发光二极管为负载构成小型光伏发电系统，检查其性能。2 .实验设备和仪器太阳能电池模块2 )蓄电池3 )发光二极管4 )控制器5 )引线、开关等元件3，实验原理1，独立光伏发电系统的结构和工作原理(1)系统块独立光伏发电系统可根据负载特征分为(a )直流光伏发电系统(b )交流光伏发电系统主要区别在于系统是否有变频器。 独立光伏发电系统的方框图如图5-1所示。 (2)工作原理是吸收阳光转换为电能，在防逆流二极管的控制下给电池组充电。 负载通过开关与控制器连接。 某些控制器可以显示负责保护电池不受过充电或过放电状态影响的充放电状态，并保存必要的数据。 在交流光伏发电系统中，DC-AC逆变器将从蓄电池组供给的直流电力转换为满足交流负载的需要的交流电力。 逆流防止二极管也称为“分块二极管”或“隔离二极管”。 其功能利用二极管的单向导电性，防止电池组在五日照时通过太阳能电池的正方格子放电。 防逆流二极管的最大输出电流必须大于太阳能电池阵列的最大输出电流，反向耐压必须高于电池阵列的最高电压。 太阳能电池方阵工作时，防逆流二极管两端的压降应尽可能低(硅二极管一般为0.6V，锗二极管为0.3V，功率肖特基二极管为0.3V以下)。 图5-1(a )独立光伏发电系统方框图1图5-1(b )独立光伏发电系统方框图2，4，实验步骤：1 )使用以上的简化计算方法设计小型光伏发电系统。 条件：负载功率5瓦，工作电压12伏，工作电流不足0.5安培，工作时间4小时，根据大连当地年辐射总量计算，最低气温为110，电池安装场所温度为18，最长雨天数为3天，该系统为照明、电视提供。 要求：设计所选太阳能电池的总功率p、安装方法和电池使用量。 2 )采用各部件，设置小型太阳能发电系统，绘制框图，测量实际(晴天、阴天)的电池电压-电流特性曲线和负载的电流电