太阳能电池伏安特性曲线实验报告.

1、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.11、太阳能电池工作原理22、太阳能电池等效电路图23、伏安特性曲线2五、实验内容与步骤41、实验内容42、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、

2、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

3、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。

4、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

5、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=680.96mWR0150160170181182183184186190200400600U01010.5

6、10.84 11.1611.2211.211.28 11.31 11.4 11.5 12.1 12.9815.8976100cm92.216664.662.83 60.9160.7560.760.18 59345 59.2575346.30I2功0660678.3681.0680.2680.9684.678.8672.3674.8655.641.625.00率7753665237535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.

7、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。R0180195196198200201205215230400600800U09.551010.110.210.3210.3510.410.4710.8911.712.813.7 15.15150c52.2851.55150.950.750.650.01 48.1346.743.5 30.125.60I 71.71m功0499.2515515.1519.18523.22523.71520.1501.03503508.385.2 350.70率744049582表 1-3图 1-44 在光源与

8、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。R0200250255252251305400600U08.659.59.710.0510.0910.711.7512.5814.7180cmI59.6 42.740.840.24039.934.829.1525.270功367.20388.55389.94402402.591372.36342.512317.89

9、0率25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。R0200230235240248250400600U08.39.159.39.359.579.511.312.114.4200cm55.40.839.25 38.938.438.137.6 28.2523.850I2功338.359.31364.61321.48298.12

10、0361.77 359.04357.20率61395755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。R0250270275279280282400600U08.18.68.78.858.868.88 10.2511.32 13.7250cm42.32.031.67 31.5531.431.1 25.6520.510I31.8549功25

11、9.275.52278.20276.16262.910273.91279.21252.680率92994825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

12、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0200250300330340350351355400500700电压07.68.779.710.1410.35 10.6810.6210.6811.212.3213.6514.6电流48.4737.534.69 32.11 31.0530.75 30.2730.0729.927.824.2520.190功率0285304.2 311.4 321.3321.9 323.3319.3315.7311.4 298.7275.590表 2-1 角度为 30°伏安特性

13、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 FFPmax0.456。I scU oc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0200229231232233234235250300500700电压09.6710.4610.510.5310.54 10.5410.610.8711.58 13.1713.8515.1电流68.347.8345.074544.944.744

14、.744.542.9938.426.2819.750功率0462.5471.4472.5 472.7471.1 471.5471.7 467.3 445.1 346.7273.530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 FFPmax0.46。I scU oc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0100150200201202210230250300500700电压06.168.959.829.869.861010.410.7511.41 12.913.5314.79电流67.560.0150.7048.648.4548.347.144.942.5737.725.6819.270功率0469.7453.8477.2 477.7476.1 471466.9 457.6 430.1331.3260.720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