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教學(xué)實(shí)訓(xùn)設(shè)備Teaching Equipment

TRM-JX7型太陽能電池特性測(cè)試儀

本試驗(yàn)儀采用專業(yè)光源在實(shí)驗(yàn)室模擬太陽光,四塊太陽能電池板安裝在滑動(dòng)導(dǎo)軌上。通過太陽輻射計(jì)測(cè)量光功率,可測(cè)量太陽能電池的伏安特性和轉(zhuǎn)換效率。

一、概述

太陽能是一種新型能源,對(duì)太陽能的充分利用可以解決人類日趨增長的能源需求問題。目前,太陽能的利用主要集中在熱能和光伏發(fā)電兩方面。利用太陽能發(fā)電目前有兩種方法,一是利用熱能產(chǎn)生蒸氣驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,二是太陽能電池。太陽能的利用和太陽能電池的特性研究是21世紀(jì)的熱門課題,許多發(fā)達(dá)國家正投入大量人力物力對(duì)太陽能接收器進(jìn)行研究。 本實(shí)驗(yàn)介紹太陽能電池的電學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì),并對(duì)兩種性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量。

測(cè)試儀工作狀態(tài)圖

二、技術(shù)指標(biāo)

本試驗(yàn)儀采用專業(yè)光源在實(shí)驗(yàn)室模擬太陽光,四塊太陽能電池板安裝在滑動(dòng)導(dǎo)軌上。通過太陽輻射計(jì)測(cè)量光功率,可測(cè)量太陽能電池的伏安特性和轉(zhuǎn)換效率。
具體技術(shù)指標(biāo):
   1.太陽模擬光源:交流220V/150W;
   2.太陽能電池:多晶硅60mm×60mm×0.3W×4片;
   3.每片開路電壓:3.78V,短路電流80mA;
   4.直流穩(wěn)壓電源:0~2.5V連續(xù)可調(diào);
   5.太陽輻射傳感器:測(cè)試功率:0~2000W /m2光譜范圍:320nm~1100nm 精度小于5%,即可在模擬光源下測(cè)量又可在室外太陽下測(cè)量太陽輻射值,使學(xué)生更好的掌握太陽輻射效率。
   6.直流數(shù)字電壓表:0~20V,三位半數(shù)顯指示,精度±0.5%;
   7.直流數(shù)字電流表:0~200mA,精度:±0.5%;
   8.負(fù)載電阻:0~9999Ω;
   9.光源支架全部為不銹鋼材料,主機(jī)為鋁和金箱式結(jié)構(gòu),便于攜帶。

三、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

  1、無光照時(shí)太陽能電池的伏安特性測(cè)試;

  2、太陽能電池開路電壓、短路電流與光強(qiáng)的關(guān)系測(cè)試;

  3、太陽能電池負(fù)載特性與轉(zhuǎn)換效率測(cè)試;

  4、太陽能電池的串、并聯(lián)實(shí)驗(yàn);

  5. 室外的太陽輻射的測(cè)量方法實(shí)驗(yàn)。

測(cè)試儀實(shí)物圖

四、實(shí)驗(yàn)原理

太陽能電池的主要結(jié)構(gòu)為PN結(jié)。理想PN結(jié)的電流和電壓關(guān)系由下式(1)給出

(1)

式中,I0是無光照時(shí)的反向飽和電流,U是結(jié)上的電壓,e是電子電荷,k是玻爾茲曼常量,T表示熱力學(xué)溫度,可令。當(dāng)光照射在太陽能電池表面的PN結(jié)上時(shí),只要入射光子的能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度,則光子將被太陽能電池吸收而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。太陽能電池輸出的凈電流I是光生電流IPh和兩極管電流Id之差,凈電流I由下式給出

(2)

當(dāng)太陽能電池的輸出端短路時(shí),即U=0,由(2)式可得到短路電流ISC=IPh;當(dāng)太陽能電池的輸出端開路時(shí),即I=0,可推得開路電壓UOC。正常運(yùn)行時(shí),IPh比I0高幾個(gè)數(shù)量級(jí),因此(2)式括號(hào)中的1可以忽略。
當(dāng)太陽能電池接上負(fù)載電阻后,太陽能電池的輸出電壓和電流隨著負(fù)載電阻的變化而變化,當(dāng)負(fù)載電阻R在某一值時(shí)時(shí),太陽能電池的輸出功率為最大,即最大輸出功率,設(shè)此時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓為Um,電流為Im,有Pm=Im*Um。填充因子定義為

  (3)

是代表太陽能電池性能優(yōu)劣的一個(gè)重要參數(shù)。某狀態(tài)下值越大,說明太陽能電池在對(duì)應(yīng)該負(fù)載電阻情況下對(duì)光的利用率越高。