太阳能电池串并联输出功率比较

太阳能电池串并联输出功率比较一，实验目的比较太阳能电池不同接法下的输出功率找出哪种接法适合电阻大的用电器哪种接法适合电阻小的用电器二，实验器材太阳能电池特性测试试验仪(THQTN-1)三，实验原理太阳电池的结构以晶体硅太阳电池为例，其结构示意图如图1所示.晶体硅太阳电池以硅半导体材料制成大面积pn结进行工作.一般采用n+/p同质结的结构，即在约10cmx10cm面积的p型硅片(厚度约500pm止用扩散法制作出一层很薄:厚度~0.3pm)的经过重掺杂的n型层.然后在n型层上面制作金属栅线，作为正面接触电极.在整个背面也制作金属膜，作为背面欧姆接触电极.这样就形成了晶体硅太阳电池.为了减少光的反射损失，一般在整个表面上再覆盖一层减反射膜.

光伏效应当光照射在距太阳电池表面很近的pn结时，只要入射光子的能量大于半导体材料的禁带宽度Eg，则在p区、n区和结区光子被吸收会产生电子-空穴对.那些在结附近n区中产生的少数载流子由于存在浓度梯度而要扩散.只要少数载流子离pn结的距离小于它的扩散长度，总有一定几率扩散到结界面处.在p区与n区交界面的两侧即结区，存在一空间电荷区，也称为耗尽区.在耗尽区中，正负电荷间形成一电场，电场方向由n区指向p区，这个电场称为内建电场.这些扩散到结界面处的少数载流子（空穴）在内建电场的作用下被拉向p区.同样，如果在结附近p区中产生的少数载流子（电子）扩散到结界面处，也会被内建电场迅速被拉向n区.结区内产生的电子-空穴对在内建电场的作用下分别移向n区和p区.如果外电路处于开

路状态，那么这些光生电子和空穴积累在pn结附近，使p区获得附加正电荷，n区获得附加负电荷，这样在pn结上产生一个光生电动势.这一现象称为光伏效应（PhotovoltaicEffect,缩写为PV）.太阳电池的表征参数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⑴式中VD为结电压，I0为二极管的反向饱和电流，Iph为与入射光的强度成正比的光生电流，其比例系数是由太阳电池的结构和材料的特性决定的.n称为理想系数（n值），是表示pn结特性的参数，通常在1~2之间.q为电子电荷，kB为波尔茨曼常数，T为温度.如果忽略太阳电池的串联电阻Rs,VD即为太阳电池的端电压V，则（1）式可写为(2)(2)当太阳电池的输出端短路时，V=0（VD^0）,由（2）式可得到短路电流二乙即太阳电池的短路电流等于光生电流，与入射光的强度成正比.当

太阳电池的输出端开路时，I=。，由（2）和（3）式可得到开路电当太阳电池接上负载R时所得的负载伏-安特性曲线如图2所示负载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(4) : -1\I) E*殖式中Im和Vm分别为最佳工作电流和最佳工作电压.将Voc与Isc的乘积与最大功率Pm之比定义为填充因子FF，则(5) *WFF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.(6)囹三太阳电池的偌戋特性曲线四，实验思路取四个太阳能电池分三种不同的接法(全部串联，全部并联，两个串联两个并联)将太阳能电池外接可变电阻，用白光照射。测量其在不同负载下的I,U,并计算出对应的P,画出P-U曲线，理论上P-U曲线应是一条拱形的平滑曲线，可根据曲线找出P对应的U,再根据U找出对应的R。改变太阳能电池的接法，重复上述步骤，比较不同Pm对应的负载R，找出那种接法适合电阻大的用电器，哪种适合电阻小的用电器。五，实验步骤（1） 连接电路图如图所示（2） 测短路电流i和开路电压uoc（3） 测量在不同负载电阻下I，U，记录数据，P=IU计算出对应的日绘制p-u曲线图（4） 求太阳能电池最大输出功率时的负载电阻（5） 计算填充因子FF=pm/（iscu）（6） 改变太阳能电池的接法，重复上述操作六，对方案的可行性分析经分析，该方案的原理完整正确，逻辑清晰，对各物理量的意思及其之间的的关系，推理都有详细的说明。实验要测量的数据是太阳能电池在不同接法下，通过其两端的电压和回路中的电流，通过改变电阻的大小来记录多组数据，这些都可以在提供的实验箱上完成，所提供的仪器满足需要。由于所要记录的数据比较多，需要不停地改变电阻，在实验过程中可能会导致电阻旋钮损坏；其次电流和电压一直在变化，可能会出现超量程的情况，但如果为了不超量程而选用的量程较大会使测得的数据不够精确，误差较大。所以在操作过程中我们要认真谨慎，选择合适的量程进行测量并注意观察示数变化，一