@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
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论文资料
电流I(mA) 32.1 31.7 31.6 31.4 31.1 30.9 30.8 30.7 30.6 30.4 29.9 28.3 26 21.8 12.8 电阻R（Ω） 0 6 12 19 25 32 39 46 53 60 68 79 90 112 199
0 6.34 12.64 18.84 24.88 30.9 36.96 42.98 48.96 54.72 59.8 62.26 59.8 52.32 32 表3 三种太阳能电池输出特性实验 D=20㎝ 光强I=292W/㎡ S=2.5*10^-3m2 Pin=I×S=730mW
才明显增大。
．开路电压，短路电流与光强关系测量
5分钟。
将光功率探头装在太阳能
探头输出线连接到太阳能电池
。由近及远移动滑动支
5㎝）
I,记录对应的光强值.
测试仪设置为“电压表”状态．按图2A接线。按测量光强时的距离值（光
5cm记录对应的开路电压值Uoc。
2B接线．将太阳能电池输出线连接到电流表，按测量光强时的距离
的优点，具有很大的开发潜能。同时太阳
间断性和不稳定性、效率低和成本高的缺点，制约着太阳能的普及
这需要科研设计来克服。通过研究三种太阳能电池的光电特性，了解各自
太阳能电池的分类
也称光伏电池或光电池。美
Bell实验室于1954年研制成功第一块太阳能电池，但是效率太低，造价又
因此没有多少商业价值。后来由于航天科技的逐步发展，太阳能电池
便可以由转换为电能，若光子所携带得能量小于能隙时，光子没有足够的能
不会产生任何的电流，因此并非所有光子都能顺利地由太
），一般太阳能电池的转换效率在20％左右。
实验过程
太阳能电池特性实验仪实验报告(综合)
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
内容
9
I ( mA )
U(V)
R(Ω)
P (m W )
2
3
4
5
6
7
8
10
11
12
13
14
15
16
在坐标纸上绘制太阳能电池的伏安特性曲线（即 I～V 曲线）
·2·
（3）短路电流 Is =25 mA；开路电压 U0=
内容
1
I ( mA ) U(V)
R(Ω) P (m W )
内容
9
I ( mA )
U(V)
10
11
12
13
14
15
16
在坐标纸上绘制太阳能电池的伏安特性曲线（即 I～V 曲线）
·3·
2．最大负载电阻 Rmax 和太阳能电池的内阻 Ri
结果/组数 Rmax (Ω) Ri (Ω) Rmax/ Ri
第一组 第二组 第三组 第四组
Rmax 是最大功率对应的电阻，Ri 是太阳能电池内阻（Ri = U0/ Is）
3．最大输出功率 Pmax 和开路电压与短路电流的乘积
结果/组数 Pmax (m W ) U0·Is(m W ) F=Pmax/ (U0·Is)
第一组
第二组
第三组
U0 是开路电压，Is 是短路电流，F 是填充因数
第四组
·4·
内容
1
I ( mA ) U(V)
R(Ω) P (m W )
内容
9
I ( mA )
U(V)
R(Ω)
P (m W )
2
3
4
5
6
7
8
10
11
12
13
太阳能电池特性实验仪实验报告(综合)
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。
太阳能电池输出特性的研究
太阳能电池可以吸收太阳光中的部分能量 ,并将吸收的太阳能转化为电能 。太阳能电池的输出特性是指 它吸收了太阳能量后 ,能够转化为多少电能与其它因素之间的关系 。太阳能电池的输出特性是一个很复杂的 性质 ,它和电池本身 、光照强度 、外接电路性质等等因素有关 。太阳能电池的输出特性有电压输出 、电流输出 、 功率输出 ,我们研究的是功率输出和电压 、电流 、外接电阻之间的关系以及最大输出功率和光照强度之间的关 系[3 ] 。实验装置于图 1 :
图 1 太阳能电流实验装置图
当光照强度一定时 ,也就是当 d 一定时 ,改变变阻箱的阻值 ,用数字万用表测量其两端的电压 ,这样就可以 得到输出功率与电阻 、输出电流 、输出电压之间的关系[1] 。改变光照强度 ,也就是调节太阳能电池与光源的距 离 d 值 ,测量几组不同的电压值 ,可以得到在不同的光照下的最大输出功率 ,以及最大输出功率和光照强度的 关系 。
太阳能电池的输出特性有电压输出电流输出功率输出我们研究的是功率输出和电压电流外接电阻之间的关系以及最大输出功率和光照强度之间的关太阳能电流实验装置图当光照强度一定时也就是当d一定时改变变阻箱的阻值用数字万用表测量其两端的电压这样就可以得到输出功率与电阻输出电流输出电压之间的关系
第1期
太阳能电池输出特性的研究
利用表 1 的数据计算得到输出功率和电阻关系如图 2 所示 ,从图 2 中可以看到 ,开始阶段输出功率随电阻
增大而增大 ,增大到一定值时 ,输出功率随电阻增大反而减少 ,当 R = 4100Ω 时 ,输出功率最大 , P = 0. 295mW 。
图 2 输出功率与电阻的关系曲线
根据表 1 数据计算得到输出功率 P 与输出电流 I 的关系如图 3 所示 :
太阳能电池特性测试实验报告
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。
实验7 虚拟仿真实验--太阳能电池的特性测量(2)
本实验万用表作为电流表时选择量程
，作为电压表时选择量程。连
线时注意黑色表笔连接接地端，红色表笔连
接电流（或电压）插孔。把量程调节到相应
的档位，打开开关即可进行读数。
双击电池板可弹出放大图，每个九宫格
上的点是连接在一起的，在放大图里调节可
变电阻的大小。
测量值/组数
第一组
第二组
第三组
第四组
()
39.91
51.06
69.92
109.59
()
45.45
58.00
79.60
127.15
/
0.878
0.880
0.878
0.862
表5 电阻 及由 = / 得到的内阻的比较
第一组
第二组
第三组
第四组
()
的重要电源。
随着可再生能源的渐趋枯竭和石化燃料
带来污染的日趋严重，太阳能电池将成为未
来重要的基础能源之一。
图1 共享单车车筐里的太阳能电池板
三、实验原理/ 3.2 PN结
光照
+
+
+
+
内建电场
-
PN结即最简单的太
阳能电池器件
图2 太阳能电池的原理图
PN结内部存在由正、负离子的扩散引起的内建电场（如图2所
双击光源电源可弹出放大图，在放大图
里调节光源的亮度。
图5 万用表放大图
四、实验内容/4.2 实验步骤
1. 按右图所示连接电路图
2. 左边万用表作为电流表，量程选。右边万用表作为电压表，
量程选为；
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
探究太阳能电池的输出特性
一、引言
能源危机与环境污染是人类正面临的重大挑战，开发新能源和可再生清洁能源是21世纪最具决定影响的技术领域之一。
太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源，对太阳能电池的研究与开发也变得日益重要。
二、实验目的
1、在没有光照时，太阳能电池主要结构为一个二极管，测量该二极管在正向偏压时的伏安特性曲线，并求得电压和电流关系的经验公式。
2、测量太阳能电池在光照时的输出伏安特性，作出伏安特性曲线图，从图中求得它的短路电流
I SC 、开路电压U OC 、最大输出功率Pm
及填充因子
FF ，
[FF=Pm/(I SC *U OC )]。
三、实验原理
1、太阳能电池工作原理：
太阳能电池在没有光照时其特性可视为一个二极管，在没有光照时其正向偏压
U 与通过电流I 的关系式为：(1)式中，o I 和β是常数。
)1e
(I I U
o -∙=β (1)
由半导体理论，二极管主要是由能隙为V C E E -的半导体构成，如图1所示。
C E 为半导体导电带，V E 为半导体价电带。
当入射光子能量大于能隙时，光子会被半导体吸收，产生电子和空穴对。
电子和空穴对会分别受到二极管之内电场的影响而产生光电流。
图1 电子和空穴在电场的作用下产生光电流 假设太阳能电池的理论模型是由一理想电流源（光照产生光电流的电流源）、一个理想二极管、一个并联电阻sh R 与一个电阻s R 所组成，如图2所示。
图2 太阳能电池的理论模型电路图
图2中，ph I 为太阳能电池在光照时的等效电源输出电流，d I 为光照时通过太阳能电池内部二极管的电流。
由基尔霍夫定律得：
0R )I I I (U IR sh d ph s =---+
（2）
（2）式中，I 为太阳能电池的输出电流，U 为输出电压。
由（1）式可得，
d sh
ph
sh s I R U
I )R R 1(I --=+ （3） 假定∞=sh R 和0R s =，太阳能电池可简化为图3所示电路。
图3 太阳能电池的简化电路图
这里，)1e (I I I I I U 0ph d ph --=-=β。
在短路时，0U =，sc ph I I =； 而在开路时，0I =，0)1e (I I oc U 0sc =--β； ∴ ]1I I ln[1U 0
sc
OC
+β= （4）
(4)式即为在∞=Sh R 和0R S =的情况下，太阳能电池的开路电压OC U 和短路电流
SC I 的关系式。
其中OC U 为开路电压，SC I 为短路电流，而0I 、β是常数。
2. 全暗条件下测量太阳能电池正向偏压时U —I 特性
2.1 使用0 ~
3.0V 直流可调电源，测量电路如图4所示，连接时应注意电池的正负极性
.
图4全暗时太阳能在外接偏压式伏安特性电路
2.2 不断调节直流可调电源的电压得到正向偏压时的U －I 关系数据，画出U －I 图线
3. 恒定光照下太阳能电池在不加偏压时伏安特性
3.1 在不加偏压时，用光源照射，保持光源到太阳能电池距离为20cm ，测量太阳能电池的特性，测量电路如图5 所示.
图5无偏压恒定光照下的伏安特性测量电路
3.2 测量电池在不同负载电阻下，I 对U 变化关系，画出U-I 曲线. 3.3 求短路电流SC I 和开路电压 OC U . 3.4 求太阳能电池的最大输出功率及电压. 3.5 计算填充因子)]U I /(P FF [O C SC m ∙=.
四、实验装置
光具座及滑块座、具有引出接线的盒装太阳能电池、数字万用表2只、电阻箱1只、白炽灯光源1只（射灯结构，功率W 40）、导线若干、遮光罩1个、单刀双掷开关1个。
五、数据记录及处理
1. 全暗条件下测量太阳能电池正向偏压时U —I 特性
表1 全暗情况下太阳能电池在外加偏压时伏安特性数据记录
由
1e I I
U 0
-=β，当U 较大时，1e U >>β，即0I ln U I ln +β=由最小二乘法，将表
中最后6数据处理得：求出:
11.5898V β-=，0ln 2.5696I =，013.0601I A μ=，斜率：0.9956r =。
100
200
300
400
500
600
700
I /(μA )
U/(V)
图6 全暗条件下太阳能电池U/I 的图
由伏安特性曲线图得知：随着电压的增大，电流也增大
00.51
1.52
2.5
2.5
3.5
4.5
5.5
6.5l n I
U/(V)
图7 全暗条件下太阳能电池的U/lnI 图
由伏安特性曲线图得知：随着电压的增大，电流也增大。
2.恒定光照下太阳能电池在不加偏压时伏安特性
)
(R Ω
)
(R Ω
表2 恒定光照下(1000lx)太阳能电池在不加偏压时伏安特性数据记录
00.51 1.5
2 2.5
3 3.5
U/V
I /m A
图8 一定光照下太阳能电池的U/I 图
由上图得知：随着电压的增大，电流逐渐变小。
1
2
3
4
5
6
U/V
P /(m W )
图9 一定光照下太阳能电池的U/P 图
由图得知：随着电压的增大功率也逐渐增大，但到一定功率时，再逐渐减小。
通过最小二乘法拟合得到SC I =2.9200mA ，开路电压 3.4056OC U =V ，最大输出功率P=5.1075mW,根据)]U I /(P FF [O C SC m ∙=，得到FF=0.5136。
3.误差分析： 3.1 系统误差：
a.电流表与电压表内阻以及导线内阻接触电阻对实验的影响；
b.最小二乘法拟合中对0I 的忽略导致的误差；
c.因为导线的接入导致遮光罩没有完全密封；
d.万用表及变阻箱造成的误差. 3.2 随机误差：
a.万用表读数不稳定；
b.导线的接入电阻；
c.温度及电源电压的频繁波动；
d.实验台面有微小振动导致光强并不恒定；
e.光源自身功率并非绝对恒定造成的误差.
六、注意事项
1. 连接电路时，保持太阳能电池无光照条件。
2. 避免太阳光照射太阳能电池。
3. 连接电路时，保持电源开关断开。
七、结束语
本文从太阳能电池的结构、工作原理出发, 论述了表征太阳能电池特性的短路电流、开路电压、填充因子等参数。
对于了解太阳能电池的基本特性有很大的帮助, 同时, 对太阳能电池的设计和测试也有一定的指导作用。
汇报人：张晨2013.06.24 The furthest distance in the world
Is not between life and death
But when I stand in front of you
Yet you don't know that
I love you.
The furthest distance in the world
Is not when I stand in front of you
Yet you can't see my love
But when undoubtedly knowing the love from both
Yet cannot be together.
The furthest distance in the world
Is not being apart while being in love
But when I plainly cannot resist the yearning
Yet pretending you have never been in my heart. The furthest distance in the world
Is not struggling against the tides
But using one's indifferent heart
To dig an uncrossable river
For the one who loves you.。