太阳能电池伏安特性曲线实验报告.docx

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太阳能电池伏安特性曲线实验报告

太阳能光伏发电应用技术

实验项目：

太阳能电池伏安特性曲线

专业年级：

2014级电子科学与技术

学生姓名：

学号：

146711000

指导老师：

成绩：

福建农林大学金山学院信息与机电工程系

2017年6月18日

一、实验目的1

二、实验要求1

三、实验仪器设备1

四、实验原理1

1、太阳能电池工作原理2

2、太阳能电池等效电路图2

3、伏安特性曲线2

五、实验内容与步骤4

1、实验内容4

2、实验步骤4

最大输出功率与入射角的关系测试7

六、实验分析与实验总结10

一、实验目的

1、了解并掌握光伏发电系统的原理

2、了解并掌握光伏发电系统的组成，学习太阳能发电系统的装配

3、了解并掌握太阳能电池的工作原理及其应用

二、实验要求

1、熟悉光伏发电系统的功能。

2、测量太阳能电池板的不同距离下开路电压、短路电流、并算出填充因子及绘出功率曲线 

三、实验仪器设备

1、太阳能电池板

2、光源

3、可调电阻

4、2台万用表

四、实验原理

太阳能电池结构图

1、太阳能电池工作原理

光照下，P-N结将产生光生伏特效应。

当入射光能量大于导体材料的禁带宽度时，光子在表面一定深度的范围内被吸收，并在结区及其附近的空间激发电子空穴对。

此时，空间电荷区内的光生电子和空穴分离，P-N结附近扩散长度范围内的光生载流子扩散到空间电荷区。

P区的电子在电场作用下漂移到N区，N区的空穴漂移到P区，产生光生电流。

光生载流子的漂移并堆积形成与结电场方向相反的电场及正向结电流。

当光生电流和正向结电流相等时，P-N结建立稳定的电势差，即光生电压。

2、太阳能电池等效电路图

为了进一步分析太阳能电池的特点，可以使用一个等效电路来表现太阳能电池的工作情况，等效电路图如图所示。

电路由一个理想恒流源IL，一个串联电阻Rs，一个并联电阻Rsn，以及理想因子分别为1和2的两个二极管D1和D2组成。

太阳能电池等效电路图

3、伏安特性曲线

根据伏安特性曲线的数据，可以计算出太阳能电池性能的重要参数，包括开路电压、短路电流、最大输出功率、最佳输出电压、最佳输出电流、填充因子、太阳能电池光电转换效率，串联电阻以及并联电阻。

下面对这些参数进行具体的解释。

太阳能电池电流电压特性

（1）开路电压Voc:

在标准条件下，I=0时，太阳能电池所输出的电压值。

短路电流Isc:

在标准条件下，V=0时，太阳能电池由光电流所提供的电流值。

（2）最大输出功率Pmp:

太阳能电池的伏安特性曲线又称为负载特性曲线，它描述了太阳能电池的输出电压和输出电流随负载变化的曲线。

当负载变化到某一工作点，使得该工作点的电压值与电流值的乘积最大时，这个乘积就是太阳能电池的最大输出功率。

此时的输出电压和电流分别称为最佳输出电压和最佳输出电流，用Ump和Imp表示。

（3）填充因子FF:

矩形ImpVmp与矩形IscVoc的面积比作为填充因子，表示为:

理想情况下FF为1，实际的FF恒小于1，填充因子是评价太阳能电池性能优劣的重要指标之一，直接反应了电池的转换效率。

五、实验内容与步骤

1、实验内容

1、光伏电池的开路电压和短路电流特性测试。

2、光伏发电的负载伏安特性测试。

2、实验步骤

在光源与太阳能电池组件距离为100cm

根据以上步骤在光源与太阳能电池组件距离为100cm测量数据如以下表1-1，图1-2所示，测得短路电流Isc=92.21mA，开路电压Uoc=15.896V当负载为182时功率P取得最大值Pmax=680.96mW

100cm

R

0

150

160

170

181

182

183

184

186

190

200

400

600

U

0

10

10.5

10.84

11.16

11.22

11.27

11.28

11.31

11.4

11.5

12.1

12.98

15.896

I

92.21

66

64.6

62.83

60.91

60.75

60.72

60.18

59345

59.2

57

53

46.3

0

功率

0

660

678.3

681.077

680.253

680.96

684.652

678.83

672.37

674.8

655.5

641.3

625.05

0

表1-1

图1-2

在光源与太阳能电池组件距离为150cm

根据以上步骤在光源与太阳能电池组件距离为150cm测量数据如以下表1-3，图1-4所示，测得短路电流Isc=71.71mA，开路电压Uoc=15.15V当负载为201

时功率P取得最大值Pmax=523.71mW，其填充因子FF=0.48。

150cm

R

0

180

195

196

198

200

201

205

215

230

400

600

800

U

0

9.55

10

10.1

10.2

10.32

10.35

10.4

10.47

10.89

11.7

12.8

13.7

15.15

I

71.71

52.28

51.5

51

50.9

50.7

50.6

50.01

48.13

46.7

43.5

30.1

25.6

0

功率

0

499.274

515

515.1

519.18

523.224

523.71

520.104

501.03

503

508.95

385.28

350.72

0

表1-3

图1-4

4在光源与太阳能电池组件距离为180cm

根据以上步骤在光源与太阳能电池组件距离为180cm测量数据如以下表1-5，图1-6所示，测得短路电流Isc=59.6mA，开路电压Uoc=14.7V当负载为251

时功率P取得最大值Pmax=402.591mW，其填充因子FF=0.46。

180cm

R

0

200

250

255

252

251

305

400

600

U

0

8.65

9.5

9.7

10.05

10.09

10.7

11.75

12.58

14.7

I

59.6

42.7

40.8

40.2

40

39.9

34.8

29.15

25.27

0

功率

0

367.225

388.55

389.94

402

402.591

372.36

342.512

317.89

0

图1-5

图1-6

在光源与太阳能电池组件距离为200cm

根据以上步骤在光源与太阳能电池组件距离为200cm测量数据如以下表1-7，图1-8所示，测得短路电流Isc=55.2mA，开路电压Uoc=14.4V当负载为235

时功率P取得最大值Pmax=361.77mW，其填充因子FF=0.46。

200cm

R

0

200

230

235

240

248

250

400

600

U

0

8.3

9.15

9.3

9.35

9.57

9.5

11.3

12.1

14.4

I

55.2

40.8

39.25

38.9

38.4

38.1

37.6

28.25

23.85

0

功率

0

338.61

359.31395

361.77

359.04

364.617

357.2

321.485

298.125

0

图1-7

图1-8

在光源与太阳能电池组件距离为250cm

根据以上步骤在光源与太阳能电池组件距离为250cm测量数据如以下表1-9，图1-10所示，测得短路电流Isc=42.4mA，开路电压Uoc=13.7V当负载为279

时功率P取得最大值Pmax=279.21，其填充因子FF=0.48。

250cm

R

0

250

270

275

279

280

282

400

600

U

0

8.1

8.6

8.7

8.85

8.86

8.88

10.25

11.32

13.7

I

42.4

32.09

31.85

31.67

31.55

31.4

31.1

25.65

20.51

0

功率

0

259.929

273.91

275.529

279.21

278.204

276.168

262.9125

252.68

0

图1-9

图1-10

最大输出功率与入射角的关系测试

将太阳能电池板，电流表，电压表，负载电路连接回路。

光源的发光方向对着太阳能电池组件，打开光源电源，等光源发光亮度稳定后开始测量，金卤灯从接通电源到稳定发光需要等几分钟。

改变电阻阻值，测量流经电阻的电流和电压即可得到光伏组件的伏安特性。

测量过程中辐射光源与光伏组件的距离要保持不变，以保证整个测量过程是在相同的光照强度下进行的。

改变光照入射角度，分别测量太阳能电池在不同入射角下的最大功率输出，同时绘制伏安特性曲线，绘制不同入射角度的伏安特性曲线。

在光照入射角度为30°时，负载伏安特性测试数据如表2-1所示。

绘制伏安特性曲线如图2-2所示。

电阻

0

200

250

300

330

340

350

351

355

400

500

700

电压

0

7.6

8.77

9.7

10.14

10.35

10.68

10.62

10.68

11.2

12.32

13.65

14.6

电流

48.47

37.5

34.69

32.11

31.05

30.75

30.27

30.07

29.9

27.8

24.25

20.19

0

功率

0

285

304.2

311.4

321.3

321.9

323.3

319.3

315.7

311.4

298.7

275.59

0

表2-1角度为30°伏安特性测试

图2-2角度为30°伏安特性测试

测得短路电流Isc=48.47mA，开路电压Uoc=14.6V当负载为350

时，功率P取得最大值Pmax=323.3mW，填充因子

0.456。

在光照入射角度为45°时，负载伏安特性测试数据如表2-3所示。

绘制伏安特性曲线如图2-4所示。

电阻

0

200

229

231

232

233

234

235

250

300

500

700

电压

0

9.67

10.46

10.5

10.53

10.54

10.54

10.6

10.87

11.58

13.17

13.85

15.1

电流

68.3

47.83

45.07

45

44.9

44.7

44.7

44.5

42.99

38.4

26.28

19.75

0

功率

0

462.5

471.4

472.5

472.7

471.1

471.5

471.7

467.3

445.1

346.7

273.53

0

表2-3角度为45°伏安特性测试

图2-4角度为45°伏安特性测试

测得短路电流Isc=68.3mA，开路电压Uoc=15.1V当负载为232

时，功率P取得最大值Pmax=472.7mW，填充因子

0.46。

在光照入射角度为60°时，负载伏安特性测试数据如表2-5所示。

绘制伏安特性曲线如图2-6所示。

电阻

0

100

150

200

201

202

210

230

250

300

500

700

电压

0

6.16

8.95

9.82

9.86

9.86

10

10.4

10.75

11.41

12.9

13.53

14.79

电流

67.5

60.01

50.70

48.6

48.45

48.3

47.1

44.9

42.57

37.7

25.68

19.27

0

功率

0

469.7

453.8

477.2

477.7

476.1

471

466.9

457.6

430.1

331.3

260.72

0

表2-5角度为60°伏安特性测试

图2-6角度为60°伏安特性测试

测得短路电流Isc=67.5mA，开路电压Uoc=14.79V当负载为201

时，功率P取得最大值Pmax=477.2mW，填充因子

0.47。

六、实验分析与实验总结

1、光照距离越近，光照强度越大，其功率Pmax越大。

2、最大输出功率、最佳输出电压、最佳输出电流均随着距离的增加而增大，最佳负载电阻随距离的增大而减小。

3、实验过程中会出现误差：

电流表和电压表的内电阻以及导线内阻接触电阻对实验的影响。

可调变阻箱调的电阻不够准确。

万用表读书不稳定。

温度以及其他光源的影响。

4、太阳能电池的填充因子FF远小于理论上的最大值1，说明太阳能电池制造工艺和结构上还有很大的提升空间。