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V oc: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
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201Ω时功率P取得最大值Pmax=523.71mW，其填充因子FF=0.48。
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251Ω时功率P取得最大值Pmax=402.591mW，其填充因子FF=0.46。
180c m 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
367.2
25
388.55 389.94 402 402.591 372.36 342.512 317.89 0
图1-5
150c m 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
499.2
74
515 515.1 519.18
523.22
4
523.71
520.1
04
501.03 503
508.
95
385.2
8
350.7
2
