太阳能光伏发电原理及应用实验报告.docx
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太阳能光伏发电原理及应用实验报告
太阳能光伏发电原理及应用
实验报告
课题名称:
太阳能光伏发电原理及应用实验
专业班级:
12级应用光电子01
学生学号:
1209040110
学生姓名:
学生成绩:
指导教师:
刘国华
课题工作时间:
2015.6.1至2015.6.4
实验一、太阳辐射能的测量
下表是针对武汉市的日照情况,记录武汉市的某一天某一时段(每两
分钟记录一次)的太阳辐射强度:
太阳辐射监测系统
时间
瞬时值
累计值
总辐射
散射辐射
直接辐
射
反射辐射
净全辐射
总辐射
散射辐射
直接辐
射
反射辐射
净全辐射
10:
06
538
113
436
41
112
0.031
0.014
0.016
0.003
0.009
10:
08
404
105
298
32
77
0.056
0.013
0.045
0.004
0.012
10:
10
449
99
347
31
268
0.049
0.013
0.037
0.004
0.009
10:
12
416
97
304
33
246
0.056
0.012
0.043
0.004
0.033
10:
14
645
118
525
49
347
0.056
0.012
0.042
0.004
0.033
10:
16
198
105
57
21
105
0.077
0.014
0.062
0.006
0.040
10:
18
549
107
425
42
326
0.025
0.013
0.007
0.003
0.012
10:
20
610
111
485
15
329
0.066
0.013
0.051
0.005
0.039
10:
22
631
108
513
50
304
0.076
0.013
0.061
0.006
0.039
10:
24
619
108
493
45
284
0.076
0.013
0.062
0.006
0.036
10:
26
465
103
310
39
194
0.075
0.013
0.059
0.006
0.034
10:
28
653
109
402
47
264
0.067
0.013
0.043
0.005
0.027
10:
30
690
111
337
48
263
0.079
0.013
0.046
0.006
0.032
10:
32
693
113
318
47
249
0.083
0.013
0.042
0.006
0.031
10:
34
653
115
214
48
219
0.082
0.014
0.035
0.006
0.029
10:
36
713
118
176
53
145
0.061
0.013
0.018
0.005
0.021
10:
38
575
111
92
44
89
0.087
0.014
0.020
0.006
0.015
10:
40
717
115
53
•11
90
0.080
0.014
0.009
0.006
0.010
根据表格数据用MATLAB分别作出各辐射瞬时值、累计值及时间的关系曲线如下:
分析:
由两个图像均可知总辐射〜散射辐射+直接辐射,总辐射及净
辐射及反射辐射之和有一定差值,差值应是有效辐射,某时刻辐射累计值
二120秒X(此时刻辐射瞬时值+上一时刻辐射瞬时值)/2•由于天气原因,仪器误差以及人为所致误差,致使实验数据不是很理想,太阳辐射值的采集应选择天气较好,阳光明媚的口子。
结论:
总辐射〜散射辐射+直接辐射,总辐射及净全辐射和反射辐射之和的差值为地面的有效辐射。
实验二:
太阳能电池基本特性的测量
I.下表为无光照条件下测量太阳能电池正向偏压时的I-U特性
U1(V)
0.5
0.75
1
1.25
1.5
1.75
2
2.25
2.5
2.75
U2
(mv)
7.5
13.7
22.1
32.8
47.5
67.1
92.7
127.3
174
236
I(PA)
7.5
13.7
22.1
32.8
47.5
67.1
92.7
127.3
174
236
ln(I)
-11.8
-11.19
-10.72
-10.33
-9.95
-9.61
-9.29
-8.97
-8.65
-8.35
根据表格由MATLAB作出In;~①曲线,拟合成直线如下
分析:
由图像可知lnl及电压呈线性变化,斜率为1.4798即P=l.479,
由两线重合点(2.25,-8.97)带入公式lnZ=pul+lnZ0算出In人二-11.9296,即/0=6.592mA
2.下表为太阳能电池在光照时改变阻值电压随电流变化
阻值
kQ
100
80
60
40
20
10
8
6
4
2
1
0.8
0.4
0.2
电压
4.63
4.62
4.61
4.60
4.58
4.53
4.50
4.45
4.35
3.97
2.86
2.39
1.22
0.61
u(v)
5
7
7
1
1
3
3
4
1
3
4
5
5
电流I(mA
)
0.04
0.05
0.07
0.11
0.22
0.45
0.56
0.74
1.08
1.98
2.86
2.99
3.06
3.07
6
8
7
5
9
3
3
2
9
6
3
3
3
5
功率P(mw
)
0.21
0.26
0.35
0.53
1.04
2.05
2.53
3.30
4.73
7.88
8.19
7.16
3.75
1.89
4
7
5
1
9
3
5
5
9
4
7
4
2
1
根据上表数据应用MATLAB分别作出电流随电压变化曲线、电阻功率随电流变化曲线如下:
卜U曲线
——Y:
拟合后曲线+y:
原始数据点
+•
*
5oa
Lrr—4-—r-一一
9876543)dl^Qifl詹
分析:
由「U曲线得知电流随电压的增加而减小,斜率逐渐变大即减
小速率变大两截距得出短路电流^.-3.15mA,%二4・65V,由P、R曲线得出最初功率随阻值增加而变大达到峰值后,再根据电阻增加而减小,可知最大输出功率样二8.2mw,对应的电阻值R二4.lkQ,计算太阳能电池重要参数填充因子FF二人/(〈%)=8.2mw/(3.15mAX4.65V)=0.56
结论:
电流随电压增大而减小,而减小的速率在增大,功率随阻值的增加先增大后减小,期间有一峰值。
3.太阳能电池短路电流Ix和开路电压%及相对光强J/Jo的关系
J(mw)
Jo=0.984
1.058
1.173
1.274
1.4
1.537
1.655
1.724
JU.
1
1.075
1.192
1.295
1.422
1.562
1.682
1.752
人(曲)
3.2
3.6
4.1
4.7
5.5
6.6
8
9.8
%(V)
4.373
4.45
4.54
4.62
4.7
4.77
4.86
4.94
由表中数据应用MATLAB分别作出短路电流々及相对光强丿/人的曲线,开路电压%及相对光强J/J()的曲线如下:
8765••••
4444
SO
(>n出理型玄
/
4.4--
•:
=•
4.3--
42tttttcr:
'11.11.21.31.41.51.61.71.8
相对光强J/J°
分析:
由i—Jq曲线图像可知:
短路电流随相对光强的增加即光强的增加,逐渐增加,且增加速率也逐渐变大。
由%、丿/人曲线图像可知:
开路电流随相对光强的增加即光强的增加,且变化儿乎成线性。
结论:
光照越强,太阳能电池产生的电压越大,进而导致电路中电流变大。
实验三:
太阳能光伏发电系统实验
由实验测得数据如下:
太阳能正极输入电压u=13.54v;
蓄电池输入u=ll.67;
交流输出u=107.5v
实验四:
太阳能电池综合特性的测量
1.太阳能电池暗特性测试
在无光照条件下在太阳能电池加-30V、30V偏压,测试太阳能电池两端
的电压和通过太阳能电池的电流数值记录于下表
U(V)
-30
-27
-24
-21
-18
-15
-12
-9
_6
-3
0
u(V)
-29.2
-26.4
-23.5
-20.6
-17.8
-14.8
-11.9
-8.9
_6
-3
0
I(mA)
-0.83
-0.65
-0.5
-0.36
-0.26
-0.17
-0.12
-0.07
-0.04
-0.01
0
U(V)
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
u(V)
0
2.6
3.6
3.9
4.1
4.2
4.2
4.3
4.4
4.4
4.5
I(mA)
0
0.38
2.41
5.17
7.92
10.81
13.72
13.72
16.56
19.59
25.5
根据上表数据应用MATLAB分别作岀-30V、30V偏压下的「V特性曲线,只在正向偏压下的rv特性曲线如下:
太阳能电池暗电阻卜V特性曲线
太阳能电池正偏压暗特性曲线
25
20
5
10
5
——拟合后曲线十原始数据点
分析:
根据两张曲线图,得知电流值随电压的增加而升高,且增加速率随电压的增加而增加,即电阻在减小,正偏电压下比反偏电压增加的更快。
结论:
太阳能电池的暗电阻在反偏电压下很大,且变化缓慢,而在正偏电压下较小,且减小的较快。
2.太阳能电池光照特性测试
不加滤波片,有光照最强下,改变阻值,电压及电流的变化记录于下表:
阻值(kO)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
u(V)
0.95
1.75
2.42
2.97
3.24
3.45
3.52
3.55
3.58
3.6
I(mA)
0.94
0.87
0.8
0.74
0.65
0.57
0.5
0.44
0.39
0.35
根据上表数据应用MATLAB作太阳能光照时「V特性曲线如下
1
0.9
太阳能电池光照时卜V特性曲线
0.511.522.533.54
太阳能电池两端电压(V)
87654•••••ooooO
( 分析: 由「V特性曲线可知电压在增加时,电流减小,且减小速率在增加。 然而电阻变大时,其两端电压增加,电流减小,电阻呈线性变化,其曲线应是一条斜率不变的直线,而现在斜率变大,证明此时太阳能电池光电阻值随电压的增加而增加的 结论: 太阳能电池的光电阻随所加电压增加而减小,成反比。 3.不加滤波片,有较低光照,改变阻值,电压及电流的变化记录于下表: 阻值(kQ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 u(V) 0.64 1.22 1.75 2.23 2.72 3.06 3.33 3.34 3.47 3.5 I(mA) 0.63 0.6 0.58 0.55 0.53 D.51 0.46 0.43 0.38 0.34 根据上表数据结合2最强光照下的数据应用MATLAB作两条厂R曲线 于一图如下: (>)出丑罢国毀ffi1温SK 分析: 由两条曲线均可知对电阻增加,负载两端的电压是增加的,线性增加的电阻,其电压并不是线性增大,而是变缓增加,可知太阳能电池内电阻也在负载增加的同时增加,而不同光强下的太阳能电池增加的速率也不同,光照越强,斜率逐渐减小的越快,增加速率减小的越快,即太阳能电池的电阻增加速率增加越快。 结论: 光照越强,太阳能电池的增大速率越快。 4.加滤波片(577nm),光照最强时,改变阻值,电压及电流的变化记录于下表: 电阻(kQ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 u(V) 0.41 0.74 1.01 1.24 1.42 1.59 1.72 1.86 1.98 2.1 I(mA) 0.41 0.37 0.33 0.3 0.28 0.26 0.24 0.23 0.21 0.2 根据上表数据应用MATLAB作出「V特性曲线如下: 加载滤色片(577nm)在最强光强时的卜V特性曲线 ——拟合后直线 45 4 O. - 4原始数据点 七 4- 0.40.60.811.21.41.61.822.22.4 太阳能电池两端电压值(V) 分析: 由以上曲线可知: 仅使单色光照射时,电流值随电压变化成线性,电阻保持不变,负载在保持线性变化,可知太阳能电池电阻也在随电压成线性变化。 结论: 单色光照射时,太阳能电池随电压变化成线性。 5.数据采集部分电脑操作 采集的电流电压的数据如下表 电压(V) 2.73 4 2.74 5 2.72 7 2.69 9 2.70 5 2.71 3 2.65 2 2.61 8 2.58 6 2.64 1 2.57 9 电流(mA) 0.02 7 0.03 0 0.03 3 0.04 4 0.05 4 0.06 4 0.08 4 0.10 0 0.11 1 0.12 1 0.13 7 电压(V) 2.56 2 2.36 4 2.35 2 2.34 1 2.25 6 2.19 9 2.11 6 2.06 3 2.13 4 2.00 3 1.93 7 电流(mA) 0.14 5 0.23 5 0.25 3 0.28 0 0.31 3 0.35 1 0.40 8 0.44 0 0.48 0.48 1 0.52 4 总打开|[輛|、严|3|°鸟劭|❸加I©共于| 畑恥]£示越置I P手矽故齋来參 厂目湖2如垂 糾他业饭: Rtffl4: E: 殛旭隔: r妙“(玉色比) C c r5Ur・G索色袋) CS7Tr.(^a«) a无奇色56色线) & (2)? 应®5: 从 |新诬用・€»小。 £1、兀I文咎-V】c"”£tW・rd|仏.參功唸炳左电葩•一艺凉迂皿 N 分析: 电脑采集及手动釆集差异较大,人为误差减小,数据精确,电流还是随电压成反比。
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