太阳能电池板发电效率的实验研究

太阳能电池板发电效率的实验研究

1研究问题的提出能源是人类生存和发展的重要物质基础。它也是今天国际政治、经济、军事和外交领域的中心。中国经济和社会发展的不断扩大与强大的能源保障密切相关。面对全球气候变暖和迫在眉睫的能源危机等一些问题,大家逐渐认识到发展低碳经济是必然选择,作为一种可再生能源和新能源的太阳能,拥有清洁环保、永不衰竭的优点,受到了世界各国的青睐。在国务院发布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要(2006-2020年)中已经明确重点研究太阳能等新能源技术。近年来,南京地区在太阳能利用方面取得了较好的进展,在多个方面进行了利用[3,4,5,6,7,8,9,10,11]。但是目前太阳能发电的效率还依旧偏低,影响太阳能电池效率的主要原因是电学损失和光学损失。光学损失主要是指太阳能材料本身的光谱效应,即材料对不同波长的光响应不同,电学损失主要是指欧姆损失和载流子损失。为了更好地在南京地区利用太阳能能源,本文重点研究了太阳能电池板的光学损失,分析了不同照射角度下太阳能的发电效率和不同波长光照下的伏安特性和效率;同时研究了电池板的电学欧姆损失,即针对不同的电池串并联排列,测试分析了输出功率的差异。文中设计了太阳能电池发电系统的测试装置,结合不同电池板的组合方案,逐一进行了相关实验,最后进行了实验总结。2不同波长光照强度对太阳能电池功率的影响太阳能利用技术以其干净无污染且普遍存在的特性受到我国各个省份的重视,作为经济发达的沿海省份江苏在经济发展中处于全国的前列,但能源问题是发展的瓶颈,为了更好的发展太阳能利用技术,尤其在南京地区太阳能利用率逐年提高。例如,高铁南京南站在站房屋顶铺设太阳能电池板,建成后的南京南站已经成为全球比较大的建筑一体化太阳能发电系统。为了更好的利用太阳能资源,充分了解和掌握太阳能电池对不同波长光照的发电效率是很有必要的,同时针对不同太阳能电池板的连接,其发电量也会有所不同。基于此,针对南京地区,本文分别研究了紫光(390—455nm)、蓝光(455—492nm)、黄光(577—597nm)和红光(622—770nm)的四种波段的光对太阳能电池板产生效率的不同。实验中,太阳能电池板与太阳光线处于垂直位置,即太阳光垂直照射,分别使用不同的滤光片进行透射,使得不同波段光照射到太阳能电池板上,由电压和电流测量电路进行测量相关参数,进而求出太阳能电池板的功率,再由绘制的电池板伏安特性图分析得出结论,设计的实验装置如图1所示。在固定的光照强度下光电池的输出功率取决于负载电阻R,太阳能电池的输出功率在最佳负载电阻R时达到最大功率为:结合公式1可近似计算出各波长相应的最大功率。通过不同的实验,得出的实验结果如图2所示。从图2中可以看出,577—597nm滤光片的测试最大功率和短路电流在四种滤光片中最大。被测单晶硅材料的电池片对暖色热光源响应明显,即当波长较大的光(即大于577nm光)照射时,电池片的功率相对较高;而在波长较短的光范围内响应较弱,电池板功率相对较低。3光照效率实验在实际的太阳能电池使用中,太阳能电池板的方向和太阳能光线的夹角对电池板的发电效率有很大的影响,为了更好的研究和使用太阳能电池,具体实验测试了太阳能电池板的法线和光线不同夹角下的光照效率实验,实验结果如图3所示。实验表明,当入射光线与电池板法线平行(即入射光线垂直照射电池板)时,太阳能电池板的产生电压电流的效率最大,随着照射角度的增大,产生的功率逐渐减小。同时,对一天中不同时刻的太阳光照强度进行了实验,实验中太阳光与太阳能电池板的法线平行,即太阳光线垂直照射,探索了一天中太阳能电池的效率。具体规律趋势如图4所示。从图中可以看出,中午十二点到下午两点间的三个小时内,太阳能的发电能力应该最强,随着太阳倾斜角的增加,效率逐渐下降。4电池板不同连接方式下的太阳能发电效率测量由于电学损失使得太阳能电池板组合方式不同时,可能产生的电能和其效率也相应各不相同,因此在实验中,针对不同的电池板串并联排列方式进行了相关实验。共采用了串联和并联相关的5种组合方式。测量时,对每一种连接方式分别进行了不同照射角度的测量,测量时间一样,每种连接状态都是取测量的最大值,图5分别为电池板的5种连接方式。表1为五种连接方式下,电池板的伏安特性,实验中对每种连接方式均采用了不同的角度照射,得出了不同的数据。针对每一种连接,在开路情况下,测量其输出电压V,然后在短路的情况下测量其输出的电流I。根据伏安特性,画出了不同连接方式下的功率曲线。根据所测量的数据结果,对五种连接方式下的太阳能发电效率进行了计算,结果如图6所示。从实验结果可以看出,在5种不同的组合中,四片电池并联方式的组合提供的电流最强、四片电池串连方式组合提供的电压最强,四串并联方式和四并联方式的功率最大。5不同波长太阳能光照转换效率比较针对南京地区太阳能发电的应用问题,本文设计了太阳能光电转换效率测试装置,并针对不同波长的太阳光线