实验十太阳电池伏-安特性测量yu课件

实验十太阳电池伏-安特性测量序言部分太阳电池（SolarCells）,也称为光伏电池，是将太阳光辐射能直接转换为电能的器件。由这种器件封装成太阳电池组件，再按需要将一块以上的组件组合成一定功率的太阳电池方阵，经与储能装置、测量控制装置及直流--交流变换装置等相配套，即构成太阳电池发电系统，也称为之光伏发电系统。1941年

奥尔在硅上发现光伏效应。1954年

恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，首次制成了实用的单晶太阳电池，效率为6%。同年，韦克尔首次发现了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成了第一块薄膜太阳电池。1958年

太阳电池首次在空间应用，装备美国先锋1号卫星电源。1959年

第一个多晶硅太阳电池问世，效率达5%。

1975年

非晶硅太阳电池问世。1980年

单晶硅太阳电池效率达20%，砷化镓电池达22.5%，多晶硅电池达14.5%，硫化镉电池达9.15%。1998年

单晶硅光伏电池效率达25%。荷兰政府提出“荷兰百万个太阳光伏屋顶计划”，到2020年完成。

自50年代研制成第一块实用的硅太阳电池、60年代太阳电池进入空间应用、70年代进入了地面应用，太阳能光电技术已历经了半个世纪。发展到今天，世界太阳电池组件的年产量达200MW以上。

太阳电池的应用太阳能交通指示系统太阳电池庭院灯太阳电池玩具韩国的风力发电和太阳能发电互补系统将来的太阳能车太阳能建材一体化零能住宅实验部分实验目的了解太阳电池的工作原理及其应用；测量太阳电池的伏–安特性曲线。实验原理太阳光发电的优点太阳电池的种类和特征太阳电池的结构光伏效应太阳电池的表征参数太阳电池的等效电路太阳电池的种类和特征晶体硅太阳电池结构太阳电池发电原理示意图光伏效应成品太阳电池组件

成品太阳电池组件正面外观成品太阳电池组件正面外观

太阳电池的工作原理是基于光伏效应。当光照射太阳电池时，将产生一个由n区到p区的光生电流Iph。同时,由于pn结二极管的特性，存在正向二极管电流ID,此电流方向从p区到n区，与光生电流相反。因此,实际获得的电流I为

太阳电池的表征参数

当太阳电池接上负载R时，所得的负载伏–安特性曲线如图所示。

太阳电池的伏–安特性曲线太阳电池的伏安特性曲线

负载R可以从零到无穷大。当负载Rm使太阳电池的功率输出为最大时，它对应的最大功率Pm为

式中Im和Vm分别为最佳工作电流和最佳工作电压。太阳电池的表征参数

将Voc与Isc的乘积与最大功率Pm之比定义为填充因子FF，则

FF为太阳电池的重要表征参数，FF愈大则输出的功率愈高。FF取决于入射光强、材料的禁带宽度、理想系数、串联电阻和并联电阻等。太阳电池的表征参数实验电路太阳能电池实验过程：将太阳光伏组件，负载电阻R0、R1、R2通过接线板连成回路，同时，把路端电压连接到数据采集器CH1输入端，把R0二端的电压接入数据采集器CH2输入端，并设置数据采集器X轴为CH1，Y轴为CH2。改变负载电阻R1和R2，采集流经负载的电流I和负载上的电压V，即可得到该光伏组件的伏-安特性曲线。测量过程中辐射光源与光伏组件的距离要保持不变，以保证整个过程中是在相同光照度下进行的。分别测量以下几种条件下光伏组件的伏-安特性曲线①辐射光源与光伏组件的距离为60cm；②辐射光源与光伏组件的距离为80cm；③辐射光源与光伏组件的距离为80cm，并且电池板转过一角度（如30º度）；（演示实验）④辐射光源与光伏组件的距离为80cm，将两组光伏组件串联；⑤辐射光源与光伏组件的距离为80cm，将两组光伏组件并联。关键步骤根据采集的图像曲线变化情况，来调节R1或R2

在旋动R1或R2时，注意旋动的速度。应匀速缓慢。R1与R2旋动方向应一致，不能出现一个是顺时针旋动而另一个是逆时针旋动。实验数据及处理1、数据记录2、用计算机处理数据3、画出不同条件下的各种曲线（1）光伏组件的伏-安特性曲线；（2）光伏组件的输出功率P随负载电压V的变化；（3）光伏组件的输出功率P随负载电阻R的变化。确定不同条件下光伏组件的短路电流Isc，开路电压Voc，最大功率Pm，最佳工作电流Im、工作电压Vm及负载电阻Rm，填充因子FF，并将这些实验数据列在一表格内进行比较。如：辐射光源与光伏组件的距离为80cm；伏安特性功率与电压的关系功率与电阻的关系不同条件下的各物理量比较条件

Isc(mA)Voc(V)Pm(mW)Im(mA