實驗十太陽電池伏-安特性測量1序言部分2太陽電池（SolarCells）,也稱為光伏電池，是將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的器件。由這種器件封裝成太陽電池組件，再按需要將一塊以上的組件組合成一定功率的太陽電池方陣，經(jīng)與儲能裝置、測量控制裝置及直流--交流變換裝置等相配套，即構(gòu)成太陽電池發(fā)電系統(tǒng)，也稱為之光伏發(fā)電系統(tǒng)。3太陽電池的發(fā)展歷程

幾千年來人類無意識地利用太陽能來取暖和晾曬物品，直到19世紀末才出現(xiàn)了第一臺太陽能熱水器，而第一片太陽電池的出現(xiàn)則是在1954年······其發(fā)展過程簡列如下：1893年

法國科學家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)“光生伏打效應”，即“光伏效應”。

1930年

肖特基提出Cu2O勢壘的“光伏效應”理論。同年，朗格首次提出用“光伏效應”制造“太陽電池”，使太陽能變成電能。

41941年

奧爾在硅上發(fā)現(xiàn)光伏效應。1954年

恰賓和皮爾松在美國貝爾實驗室，首次制成了實用的單晶太陽電池，效率為6%。同年，韋克爾首次發(fā)現(xiàn)了砷化鎵有光伏效應，并在玻璃上沉積硫化鎘薄膜，制成了第一塊薄膜太陽電池。1958年

太陽電池首次在空間應用，裝備美國先鋒1號衛(wèi)星電源。1959年

第一個多晶硅太陽電池問世，效率達5%。

51975年

非晶硅太陽電池問世。1980年

單晶硅太陽電池效率達20%，砷化鎵電池達22.5%，多晶硅電池達14.5%，硫化鎘電池達9.15%。1998年

單晶硅光伏電池效率達25%。荷蘭政府提出“荷蘭百萬個太陽光伏屋頂計劃”，到2020年完成。

自50年代研制成第一塊實用的硅太陽電池、60年代太陽電池進入空間應用、70年代進入了地面應用，太陽能光電技術(shù)已歷經(jīng)了半個世紀。發(fā)展到今天，世界太陽電池組件的年產(chǎn)量達200MW以上。

6太陽電池的應用7屋頂太陽能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)8太陽能交通指示系統(tǒng)9太陽電池庭院燈10太陽電池玩具11太陽電池魚缸12韓國的風力發(fā)電和太陽能發(fā)電互補系統(tǒng)13將來的太陽能車14太陽能建材一體化零能住宅15硅太陽能電池的生產(chǎn)流程

16實驗部分17實驗目的了解太陽電池的工作原理及其應用；測量太陽電池的伏–安特性曲線。18實驗原理太陽光發(fā)電的優(yōu)點太陽電池的種類和特征太陽電池的結(jié)構(gòu)光伏效應太陽電池的表征參數(shù)太陽電池的等效電路19太陽光的發(fā)電的優(yōu)點不需要燃料

取之不盡用之不竭的太陽光就是能源。

清潔能源

不會排放NOx、CO2等有害物質(zhì)。

不需要煩瑣的操作

系統(tǒng)運行全靠自動進行。

系統(tǒng)簡單維護方便

整個發(fā)電系統(tǒng)沒有運轉(zhuǎn)部件，屬于靜態(tài)發(fā)電因此維護簡單方便。20太陽電池的種類和特征21晶體硅太陽電池結(jié)構(gòu)22太陽電池發(fā)電原理示意圖光伏效應23

N型半導體和P型半導體接觸形成PN結(jié)，PN結(jié)內(nèi)存在從N區(qū)指向區(qū)的內(nèi)建電場。PN結(jié)受光照后，半導體吸收光能產(chǎn)生帶正電和負電的粒子（空穴和電子），在內(nèi)建電場作用下，電子（－）朝N型半導體匯集，而空穴（＋）則朝P型半導體匯集。如果外電路處于開路狀態(tài)，那么這些光生電子和空穴積累在pn結(jié)附近，使p區(qū)獲得附加正電荷，n區(qū)獲得附加負電荷，這樣在pn結(jié)上產(chǎn)生一個光生電動勢。光伏效應24成品太陽電池組件

成品太陽電池組件正面外觀成品太陽電池組件正面外觀

25

太陽電池的工作原理是基于光伏效應。當光照射太陽電池時，將產(chǎn)生一個由n區(qū)到p區(qū)的光生電流Iph。同時,由于pn結(jié)二極管的特性，存在正向二極管電流ID,此電流方向從p區(qū)到n區(qū)，與光生電流相反。因此,實際獲得的電流I為

太陽電池的表征參數(shù)26

式中VD為結(jié)電壓,如果忽略太陽電池的串聯(lián)電阻Rs,VD即為太陽電池的端電壓V，即

太陽電池的表征參數(shù)27

當太陽電池的輸出端短路時，V=0（VD≈0），得短路電流

即太陽電池的短路電流等于光生電流，與入射光的強度成正比。當太陽電池的輸出端開路時，I=0，得開路電壓

太陽電池的表征參數(shù)28

當太陽電池接上負載R時，所得的負載伏–安特性曲線如圖所示。

太陽電池的伏–安特性曲線太陽電池的伏安特性曲線29

負載R可以從零到無窮大。當負載Rm使太陽電池的功率輸出為最大時，它對應的最大功率Pm為

式中Im和Vm分別為最佳工作電流和最佳工作電壓。太陽電池的表征參數(shù)30

將Voc與Isc的乘積與最大功率Pm之比定義為填充因子FF，則

FF為太陽電池的重要表征參數(shù)，F(xiàn)F愈大則輸出的功率愈高。FF取決于入射光強、材料的禁帶寬度、理想系數(shù)、串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻等。太陽電池的表征參數(shù)31實驗電路太陽能電池32實驗過程：將太陽光伏組件，負載電阻R0、R1、R2通過接線板連成回路，同時，把路端電壓連接到數(shù)據(jù)采集器CH1輸入端，把R0二端的電壓接入數(shù)據(jù)采集器CH2輸入端，并設置數(shù)據(jù)采集器X軸為CH1，Y軸為CH2。改變負載電阻R1和R2，采集流經(jīng)負載的電流I和負載上的電壓V，即可得到該光伏組件的伏-安特性曲線。測量過程中輻射光源與光伏組件的距離要保持不變，以保證整個過程中是在相同光照度下進行的。33分別測量以下幾種條件下光伏組件的伏-安特性曲線①輻射光源與光伏組件的距離為60cm；②輻射光源與光伏組件的距離為80cm；③輻射光源與光伏組件的距離為80cm，并且電池板轉(zhuǎn)過一角度（如30o度）；（演示實驗）④輻射光源與光伏組件的距離為80cm，將兩組光伏組件串聯(lián)；⑤輻射光源與光伏組件的距離為80cm，將兩組光伏組件并聯(lián)。34關(guān)鍵步驟根據(jù)采集的圖像曲線變化情況，來調(diào)節(jié)R1或R2

在旋動R1或R2時，注意旋動的速度。應勻速緩慢。R1與R2旋動方向應一致，不能出現(xiàn)一個是順時針旋動而另一個是逆時針旋動。35實驗數(shù)據(jù)及處理1、數(shù)據(jù)記錄2、用計算機處理數(shù)據(jù)3、畫出不同條件下的各種曲線（1）光伏組件的伏-安特性曲線；（2）光伏組件的輸出功率P隨負載電壓V的變化；（3）光伏組件的輸出功率P隨負載電阻R的變化。36確定不同條件下光伏組件的短路電流Isc，開路電壓Voc，最大功率Pm，最