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太陽能電池特性測試試驗儀

文章出處: 責任編輯:www.cheerdoll.com 發表時間:2014-11-20

太陽能電池特性測試試驗儀

一、實驗目的

1.熟悉太陽能電池的工作原理;
2.太陽能電池光電特性測量。

二、實驗設備

THQTN-1型 太陽能電池特性測試實驗儀。

三、實驗原理

1 太陽能電池板結構
 
圖1 太陽能電池板結構示意圖
以矽太陽能電池為例:結構示意圖如圖1。矽太陽電池是以矽半導體材料製成的大麵積PN結經串聯、並聯構成,在N型材料層麵上製作金屬柵線為麵接觸電極,背麵也製作金屬膜作為接觸電極,這樣就形成了太陽能電池板。為了減小光的反射損失,一般在表麵覆蓋一層減反射膜。                   
2 光伏效應都
用光照射到半導體PN結上時,半導體PN結吸收光能後,兩端產生電動勢,這種現象稱為光生伏特效應。由於P-N結耗盡區存在著較強的內建靜電場,因而產生在耗盡區中的電子和空穴,在內建靜電場的作用下,各向相反方向運動,離開耗盡區,結果使P區電勢升高,N區電勢降低,P-N結兩端形成光生電動勢,這就是P-N結的光生伏特效應。
3 太陽能電池的特性參數
太陽能電池工作原理基於光伏效應。當光照射到太陽能電池板時,太陽能電池能夠吸收光的能量,並將所吸收的光子的能量轉化為電能。在沒有光照時, 可將太陽能電池視為一個二極管,其正向偏壓與通過的電流的關係為
                               (1)
是二極管的反向飽和電流,稱為理想係數,是表示PN結特性的參數,通常為1。是波爾茲曼常數,為電子的電荷量,為熱力學溫度。(可令
當太陽能電池短路時,蜜桃在线免费观看可以得到短路電流為ISC,當太陽能電池開路時,蜜桃在线免费观看可以得到開路電壓為UOC。
當太陽能電池接上負載R時,所得到的負載U-I特性曲線如(圖四)所示,負載R可從零至無窮大,當負載為Rm時,太陽能電池的輸出功率,它對應的功率為Pm:
Pm=Im×Um                                  (2)
上式中Im和Um分別為工作電流和工作電壓,將Voc與Isc的乘積與輸出功率Pm之比定義為填充因子FF:
                           (3)
FF為太陽能電池的重要特性參數,FF越大則輸出功率越高。FF取決於入射光強、材料禁帶寬度、理想係數、串聯電阻和並聯電阻等。
太陽能電池的轉換效率η定義為太陽能電池的輸出功率與照射到太陽能電池的總輻射能Pin之比,即                               
                                                (4)
 
圖2 太陽能電池的伏—安特性曲線

四、實驗內容與步驟

(1)測量太陽能電池無光照時的伏安特性(直流偏壓從0~2V)連接測量電路如圖3所示:
 
圖3
利用測得的正向偏壓時I—U關係數據,畫出I—U曲線。
(2)在不加偏壓時,用白熾燈光照射,測量太陽能電池特性(4片串聯負載特性更明顯)。連接測量電路如圖3所示:注意:此時光源到太陽能電池距離不能太近,可選擇為35cm之後。
太陽能電池特性測試試驗儀 
圖4
(a)測量短路電流、開路電壓和入射光強J。
(b)測量電池在不同負載電阻下,變化關係,畫出曲線圖。
(c)求太陽能電池的輸出功率,工作電壓和工作電流。
(d)計算填充因子:
(e)計算轉換效率:
(3)電池的串聯和並聯
電池串聯輸出電流不變,電壓相加。電池並聯輸出電壓不變,電流相加。
五、實驗數據
1、無光照時伏安特性表(並繪出曲線)
U(V)            
I(mA)            
2、不加偏壓且有光照時測量
(1) 入射光強J=      
   串聯ISC=        ,  UOC=      
   並聯ISC=        ,  UOC=      
(2) 電池在不同負載電阻下,I對U的變化關係(並繪出曲線)
   入射光強J=      
R(Ω) 9999 9k 8k 7k 6k 5k 4k 3k 2k 1k 100 10 1
U(V)                          
I(mA)                          
P(mW)                          
(3) 功率Pm=       工作電壓Um=       工作電流Im=      
(4) 計算填充因子:
(5) 計算轉換效率:
(6) 闡述太陽能電池串並聯輸出電流電壓的變化規律:
備注:光功率Pin為單位麵積的入射光強J太陽能電池的有效麵積,且本實驗的太陽能電池單片有效麵積為2060mm2。

六、注意事項

1. 實驗室,避免太陽光照射太陽能電池。
2. 連接電路時,保持電源開關斷開。
3. 做實驗時,電壓、電流及入射光強會跳動幾個字(因電網電壓不穩定導致光源不穩定造成),屬正常現象,對實驗結果無太大影響。 

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