太阳能电池伏安特性曲线实验研究报告

个人收集整理仅供参考学习

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、实验目地0b5E2RGbCAP

二、实验要求0p1EanqFDPw

三、实验仪器设备0DXDiTa9E3d

四、实验原理0RTCrpUDGiT

1、太阳能电池工作原理15PCzVD7HxA

2、太阳能电池等效电路图1jLBHrnAILg

3、伏安特性曲线1xHAQX74J0X

五、实验内容与步骤3LDAYtRyKfE

1、实验内容3Zzz6ZB2Ltk

2、实验步骤3dvzfvkwMI1

最大输出功率与入射角地关系测试6rqyn14ZNXI 六、实验分析与实验总结9EmxvxOtOco

一、实验目地

1、了解并掌握光伏发电系统地原理

2、了解并掌握光伏发电系统地组成，学习太阳能发电系统地装配

3、了解并掌握太阳能电池地工作原理及其应用

二、实验要求

1、熟悉光伏发电系统地功能.

2、测量太阳能电池板地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地禁带宽度时，光子在表面一定深度地范围内被吸收，并在结区及其附近地空间激发电子空穴对.此时，空间电荷区内地光生电子和空穴分离，P-N结附近扩散长度范围内地光生载流子扩散到空间电荷区.P区地电子在电场作用下漂移到N区，N区地空穴漂移到P区，产生光生电流.光生载流子地漂移并堆积形成与结电场方向相反地电场及正向结电流.当光生电流和正向结电流相等时，P-N结建立稳定地电势差，即光生电压.SixE2yXPq5

2、太阳能电池等效电路图

为了进一步分析太阳能电池地特点，可以使用一个等效电路来表现太阳能电池地工作情况，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地两个二极管D1和D2组成.6ewMyirQFL

太阳能电池等效电路图

3、伏安特性曲线

根据伏安特性曲线地数据，可以计算出太阳能电池性能地重要参数，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地解释.kavU42VRUs

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，太阳能电池所输出地电压值.

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地电流值.

（2）最大输出功率Pmp:太阳能电池地伏安特性曲线又称为负载特性曲线，它描述了太阳能电池地输出电压和输出电流随负载变化地曲线.当负载变化到某一工作点，使得该工作点地电压值与电流值地乘积最大时，这个乘积就是太阳能电池地最大输出功率.此时地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.y6v3ALoS89

(3)填充因子FF:矩形ImpVmp与矩形IscVoc地面积比作为填充因子，表示为:

理想情况下FF为1，实际地FF恒小于1，填充因子是评价太阳能电池性能优劣地重要指标之一，直接反应了电池地转换效率.M2ub6vSTnP

五、实验内容与步骤

1、实验内容

1、光伏电池地开路电压和短路电流特性测试.

2、光伏发电地负载伏安特性测试.

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 0YujCfmUCw

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.eUts8ZQVRd

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.sQsAEJkW5T

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

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235Ω时功率P 取得最大值Pmax=361.77mW

，其填充因子FF=0.46.GMsIasNXkA

200c

m R 0 200 230 235 240 248 250 400 600

U 0 8.3 9.15 9.3 9.35 9.57 9.5 11.3 12.1 14.4

I

55.2 40.8 39.25 38.9 38.4 38.1 37.6 28.25 23.85 0 功

率 0 338.61 359.31

395 361.77 359.04

364.617 357.2 321.485 298.125 0

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279Ω时功率P 取得最大值Pmax=279.21，其填充因子FF=0.48.TIrRGchYzg

250c

m R

0 250 270 275 279 280 282 400 600

U 0 8.1 8.6 8.7 8.85 8.86 8.88 10.25 11.32 13.7

I

42.4 32.09 31.85 31.67 31.55 31.4 31.1 25.65 20.51 0 功

率 0 259.929 273.91 275.529 279.21 278.204 276.168 262.91

25 252.68

图1-9

图1-10

最大输出功率与入射角地关系测试

将太阳能电池板，电流表，电压表，负载电路连接回路.

光源地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.7EqZcWLZNX

改变电阻阻值，测量流经电阻地电流和电压即可得到光伏组件地伏安特性.测量过程中辐射光源与光伏组件地距离要保持不变，以保证整个测量过程是在相同地光照强度下进行地.lzq7IGf02E

改变光照入射角度，分别测量太阳能电池在不同入射角下地最大功率输出，同时绘制伏安特性曲线，绘制不同入射角度地伏安特性曲线.zvpgeqJ1hk

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 0

200 250 300 330 340 350 351 355 400 500 700 电压 0 7.6 8.77 9.7 10.14 10.35 10.68 10.62 10.68 11.2 12.32 13.65 14.6

电流 48.47 37.5 34.69 32.11 31.05 30.75 30.27 30.07 29.9 27.8 24.25 20.19 0

功率 0 285 304.2 311.4 321.3 321.9 323.3 319.3 315.7 311.4 298.7 275.59 0

表2-1 角度为30°伏安特性测试

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350Ω时，功率P 取得最大值Pmax=323.3mW ，填充因子==oc

sc U I P FF max 0.456.NrpoJac3v1 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 0

200 229 231 232 233 234 235 250 300 500 700 电压 0 9.67 10.46 10.5 10.53 10.54 10.54 10.6 10.87 11.58 13.17 13.85 15.1

电流 68.3 47.83 45.07 45

44.9 44.7 44.7 44.5 42.99 38.4 26.28 19.75 0 功率 0 462.5 471.4 472.5 472.7 471.1 471.5 471.7 467.3 445.1 346.7 273.53 0

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232Ω时，功率P 取得最大值Pmax=472.7mW ，填充因子==oc

sc U I P FF max 0.46.1nowfTG4KI 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 0

100 150 200 201 202 210 230 250 300 500 700 电压 0 6.16 8.95 9.82 9.86 9.86 10 10.4 10.75 11.41 12.9 13.53 14.79 电流 67.5 60.01 50.70 48.6 48.45 48.3 47.1 44.9 42.57 37.7 25.68 19.27 0

功率 0 469.7 453.8 477.2 477.7 476.1 471 466.9 457.6 430.1 331.3 260.72 0

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Uoc=14.79V 当负载为201Ω时，功率P 取得最大值Pmax=477.2mW ，填充因子==oc

sc U I P FF max 0.47.fjnFLDa5Zo 六、实验分析与实验总结

1、光照距离越近，光照强度越大，其功率Pmax 越大.

2、最大输出功率、最佳输出电压、最佳输出电流均随着距离地增加而增大，最佳负载电阻随距离地增大而减小.

3、实验过程中会出现误差：电流表和电压表地内电阻以及导线内阻接触电阻对实验地影响.可调变阻箱调地电阻不够准确.万用表读书不稳定.温度以及其他光源地影响.tfnNhnE6e5

4、太阳能电池地填充因子FF 远小于理论上地最大值1，说明太阳能电池制造工艺和结构上还有很大地提升空间.HbmVN777sL

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