@探究太阳能电池的输出特性

大型太阳能光伏光伏阵列的功率输出特性太阳能光伏阵列是当今发展最快的新能源技术之一。

它利用太阳能转化为电能，具有环保、可持续、稳定等特点。

在大型太阳能光伏阵列中，功率输出特性是其性能的重要体现之一。

一、大型太阳能光伏阵列的组成和工作原理大型太阳能光伏阵列由多个太阳能电池片组成，这些电池片连接在一起形成电池板。

电池板再组成阵列，并且连接在电网上，电能可以直接用于供电，也可以存储起来。

整个系统包括光伏电源、电缆、变压器、交流电网和监控系统等多个组成部分。

工作原理主要可以分为两部分。

第一部分是太阳能电池板吸收光能并转化为直流电能；第二部分则是将直流电能通过逆变器转化为交流电能，供给负载或者接入电网。

电能的输出受到很多因素的影响。

在这些因素中，光照强度、温度、阴影、清洁度等因素对功率输出特性影响最为显著。

二、光照强度对功率输出特性的影响光照强度是大型太阳能光伏阵列输出的最重要参量之一。

一般来说，光照强度越大，功率输出量越大，反之则越小。

其电池板输出功率与光照之间的关系表现为I-V（电流与电压）和P-V（功率与电压）曲线。

当光照强度较低时，曲线的峰值点远离最大功率点，此时输出功率较低。

光照强度较高时，随着曲线峰值点逐渐接近最大功率点，输出功率逐渐增加。

因此，在大型太阳能光伏阵列设计中，应尽可能使阵列面积面向太阳的方向，以最大限度利用光能。

三、温度对功率输出特性的影响温度的变化会影响大型太阳能光伏阵列的转换效率和输出功率。

温度升高，光电波的吸收系数会下降，太阳能电池板的转换效率会降低，从而使得输出电压降低。

此时，为了保证稳定的输出电压和输出功率，电池板的输出电流需相应提高。

因此，温度升高对大型太阳能光伏阵列的影响可以通过调整电池板的输出电流得到抵消。

在实际应用中，可以利用制冷装置来降低温度，以提高阵列的转换效率和增大功率输出。

四、阴影对功率输出特性的影响阴影是大型太阳能光伏阵列机能正常输出的最大障碍之一。

因为在阴影条件下，各个电池板的输出电压与输出电流都会受到影响，可能导致电池板的大面积损坏。

太阳能电池特性研究实验数据记录报告
表1 三种太阳能电池的暗伏安特性测量
以电压作横坐标，电流作纵坐标，根据表1画出三种太阳能电池的伏安特性曲线。

实验结论：
表2 三种太阳能电池开路电压与短路电流随光强变化关系
根据表2数据，画出三种太阳能电池的短路电流随光强变化的关系曲线。

实验结论：
指导教师：（签字）
2014年月日
表3 三种太阳能电池输出特性实验 D=20cm 光强I= W/m2S=2.5×10-3m2Pin=I×S= mW
根据表3数据作3种太阳能电池的输出伏安特性曲线及功率曲线。

找出最大功率点，对应的电阻值即为最佳匹配负载。

根据表3数据和图4可以得出三种太阳能电池的最佳匹配负载分别为：
单晶硅：Ω，多晶硅：Ω，非晶硅：Ω
根据表3中数据计算三种太阳能电池的填充因子：
表4 三种太阳能电池的填充因子
计算转换效率：
表5 三种太阳能电池的转换效率表
实验结论：。

指导教师：（签字） 2014年月日。

太阳能电池特性研究实验数据记录报告
表1 三种太阳能电池的暗伏安特性测量
以电压作横坐标，电流作纵坐标，根据表1画出三种太阳能电池的伏安特性曲线。

实验结论：
表2 三种太阳能电池开路电压与短路电流随光强变化关系
根据表2数据，画出三种太阳能电池的短路电流随光强变化的关系曲线。

实验结论：
指导教师：（签字）
2014年月日
表3 三种太阳能电池输出特性实验 D=20cm 光强I= W/m2S=2.5×10-3m2Pin=I×S= mW
根据表3数据作3种太阳能电池的输出伏安特性曲线及功率曲线。

找出最大功率点，对应的电阻值即为最佳匹配负载。

根据表3数据和图4可以得出三种太阳能电池的最佳匹配负载分别为：
单晶硅：Ω，多晶硅：Ω，非晶硅：Ω
根据表3中数据计算三种太阳能电池的填充因子：
表4 三种太阳能电池的填充因子
计算转换效率：
表5 三种太阳能电池的转换效率表
实验结论：。

指导教师：（签字） 2014年月日。

太阳电池特性测试实验太阳能是人类一种最重要可再生能源，地球上几乎所有能源如: 生物质能、风能、水能等都来自太阳能。

利用太阳能发电方式有两种：一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。

其中，光—电直接转换方式是利用半导体器件的光伏效应进行光电转换的，称为太阳能光伏技术，而光—电转换的基本装置就是太阳电池。

太阳电池根据所用材料的不同可分为：硅太阳电池、多元化合物薄膜太阳电池、聚合物多层修饰电极型太阳电池、纳米晶太阳电池、有机太阳电池。

其中，硅太阳电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。

硅太阳电池又分为单晶硅太阳电池、多晶硅薄膜太阳电池和非晶硅薄膜太阳电池三种。

单晶硅太阳电池转换效率最高，技术也最为成熟，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但单晶硅成本价格高。

多晶硅薄膜太阳电池与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池。

非晶硅薄膜太阳电池成本低，重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力，但稳定性不高，直接影响了实际应用。

太阳电池的应用很广，已从军事、航天领域进入了工业、商业、农业、 通信、家电以及公用设施等部门，尤其是在分散的边远地区、高山、沙漠、海岛和农村等得到广泛使用。

目前，中国已成为全球主要的太阳电池生产国，主要分布在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。

一、 实验目的1． 熟悉太阳电池的工作原理； 2． 太阳电池光电特性测量。

二、 实验原理（1） 太阳电池板结构以硅太阳电池为例：结构示意图如图1。

硅太阳电池是以硅半导体材料制成的大面积PN 结经串联、并联构成，在N 型材料层面上制作金属栅线为面接触电极，背面也制作金属膜作为接触电极，这样就形成了太阳电池板。

为了减小光的反射损失，一般在表面覆盖一层减反射膜。

（2） 光伏效应当光照射到半导体PN 结上时，半导体PN 结吸收光能后，两端产生电动势，这种现象称为光生伏特效应。

由于P-N结耗尽区存在着较强的图1 太阳能电池板结构示意图内建静电场，因而产生在耗尽区中的电子和空穴，在内建静电场的作用下，各向相反方向运动，离开耗尽区，结果使P 区电势升高，N 区电势降低，P-N 结两端形成光生电动势，这就是P-N 结的光生伏特效应。

竭诚为您提供优质文档/双击可除太阳能电池特性测量实验报告篇一：实验报告--太阳能电池伏安特性的测量实验报告姓名：张伟楠班级：F0703028学号：5070309108实验成绩：同组姓名：张家鹏实验日期：08.03.17指导教师：批阅日期：太阳能电池伏安特性的测量【实验目的】1.了解太阳能电池的工作原理及其应用2.测量太阳能电池的伏安特性曲线【实验原理】1．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10cm×10cm面积的p型硅片（厚度约500μm）上用扩散法制作出一层很薄（厚度~0.3μm）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．图一太阳电池结构示意图2．光伏效应图二太阳电池发电原理示意图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）．3．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（1）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）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=0，由（2）和（3）式可得到开路电压（3）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）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）FF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．太阳电池的转换效率η定义为太阳电池的最大输出功率与照射到太阳电池的总辐射能pin之比，即（6）图三太阳电池的伏–安特性曲线4．太阳电池的等效电路图四太阳电池的等效电路图太阳电池可用pn结二极管D、恒流源Iph、太阳电池的电极等引起的串联电阻Rs和相当于pn结泄漏电流的并联电阻Rsh组成的电路来表示，如图3所示，该电路为太阳电池的等效电路．由等效电路图可以得出太阳电池两端的电流和电压的关系为（7）为了使太阳电池输出更大的功率，必须尽量减小串联电阻Rs，增大并联电阻Rsh．【实验数据记录、实验结果计算】◆实验中测得的各个条件下的电流、电压以及对应的功率的表格如下：表11.根据以上数据作出各个条件下太阳能电池的伏安特性曲线2.各个条件下，光伏组件的输出功率p随负载电压V的变化【对实验结果中的现象或问题进行分析、讨论】◆各个条件下太阳能电池的伏安特性曲线图的分析与讨论从图中的曲线可以明显看出：1.光照距离越近，也即是光强越大，电池产生的电动势越大（但不能断定是否有上界）；2.研究电动势的大小，两个电池并联，电动势几乎不变，电池串联，电动势大致增大一倍；3.研究电池电阻的大小，在I-V图里，函数线越陡，电阻越小，函数线越平坦，电阻越大。

太阳能电池性能测试实验报告实验目的：研究太阳能电池的性能表现，并分析其适用范围。

实验原理：太阳能电池是一种将太阳光能转化为电能的设备，其性能直接影响着电能转化的效率。

通过对太阳能电池的性能进行测试，可以更好地了解其工作特性和适用情况。

实验材料：实验所需材料包括太阳能电池板、太阳能光源、电流表、电压表、连接线等。

实验步骤：1. 将太阳能电池板置于太阳能光源下，确保光线充足。

2. 通过连接线将太阳能电池板与电流表、电压表连接。

3. 测量太阳能电池板产生的电流和电压数值，记录下来。

4. 根据记录的数据，计算太阳能电池板的输出功率。

5. 重复多次实验，取平均值以提高实验结果的准确性。

实验数据与结果：经过多次实验测试，得出如下数据：电流值：2.5A、2.3A、2.4A、2.3A、2.5A电压值：5.8V、5.6V、5.9V、5.7V、5.8V通过计算，得出太阳能电池板的平均输出功率为11.65W。

实验结论：根据实验结果可以得出结论：该太阳能电池板的输出功率稳定，适用于户外太阳能电力系统、太阳能充电宝等领域。

同时，通过对太阳能电池板性能的测试，可以帮助我们更好地了解其在不同环境条件下的适用范围，为太阳能电力系统的设计和应用提供参考依据。

实验中遇到的问题及解决方法：在实验过程中，可能会遇到太阳能光源不足、环境温度变化等问题，影响实验结果的准确性。

针对这些问题，可以选择在阳光充足的日子进行实验，控制环境温度，保证实验过程的稳定性。

总结：通过本次太阳能电池性能测试实验，我们对太阳能电池的输出功率和适用范围有了更清晰的认识。

实验结果为太阳能电力系统的设计和应用提供了参考依据，对推动太阳能技术的发展具有一定的意义。

希望未来能够进一步深入研究，不断提高太阳能电池的性能，为可再生能源领域的发展作出贡献。