太阳能电池ui曲线
高考物理一轮复习 第八章 微专题58 两类“U——I图像”的理解练习(含解析)教科版-教科版高三全册
微专题58 两类“U ——I 图像〞的理解1．(2020·山东德州市月考)图1甲为某电源的U －I 图线，图乙为某小灯泡的U －I 图线，如此如下说法中正确的答案是( )图1A ．电源的内阻为0.5ΩB ．小灯泡的电阻随着功率的增大而减小C ．当小灯泡两端的电压为0.5V 时，它的电阻约为16Ω D ．把电源和小灯泡组成闭合回路，小灯泡的功率约为3W2．(多项选择)(2019·黑龙江哈尔滨市联考)如图2所示的U －I 图像中，直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系图线，直线Ⅱ为某一电阻R 的U －I 图线，用该电源直接与电阻R 连接成闭合电路，由图像可知( )图2A ．R 的阻值为1.5ΩB ．电源电动势为3V ，内阻为0.5ΩC ．电源的输出功率为3.0WD ．电源内部消耗功率为1.5W3．(多项选择)(2019·江苏苏州市模拟)硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点．如图3所示，曲线a 是该电池在某光照强度下路端电压U 和电流I 变化的关系图像(电池电动势不变，内阻不是定值)，图线b 是某电阻R 的U －I 图像．在该光照强度下将它们组成闭合回路时，如下说法中正确的答案是( )图3A．硅光电池的内阻为8ΩB．硅光电池的总功率为0.4WC．硅光电池的内阻消耗的热功率为0.32WD．假设将R换成阻值更大的电阻，硅光电池的输出功率增大4．(多项选择)如图4甲所示的电路中，不计电表内阻的影响，改变滑动变阻器的滑片位置，测得电压表V1和V2随电流表A的示数变化的实验图像如图乙所示，如此如下说法正确的答案是( )图4A．图线a是电压表V1的示数与I的关系图线B．图线b的延长线一定过坐标原点OC．图线a、b的交点的横、纵坐标值的乘积等于电阻R0消耗的瞬时功率D．图线a、b的交点的横、纵坐标值的乘积等于电源的瞬时输出功率5．(2019·河南驻马店市第一学期期终)两个电路元件L1和L2的伏安特性曲线如图5甲所示．现把二者串联起来接在直流电源上，电源内阻为1Ω，如图乙所示．闭合开关S后，电路中理想电流表A的读数为0.2A，如此电源的电动势和元件L2此时的电功率分别是( )图5A．3V,0.8WB．3.2V,0.8WC．3V,0.4WD．3.2V,0.4W6．(多项选择)(2020·江西南昌市模拟)如图6所示，图线甲、乙分别为电源和某金属导体的U －I 图线，电源的电动势和内阻分别用E 、r 表示，根据所学知识分析如下选项正确的答案是( )图6A ．E ＝50VB ．r ＝253Ω C ．当该导体直接与该电源相连时，该导体的电阻为20Ω D ．当该导体直接与该电源相连时，电路消耗的总功率为80W7．如图7所示，图甲中M 为一电动机，当滑动变阻器R 的触头从一端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙所示．电流表读数在0.2A 以下时，电动机没有发生转动．不考虑电表对电路的影响，以下判断正确的答案是( )图7A ．电路中电源电动势为3.4VB ．变阻器的触头向右滑动时，V 2读数逐渐减小C ．此电路中，电动机的最大输出功率为0.9WD ．变阻器的最大阻值为30Ω答案精析1．D [由题图甲，根据U ＝E －Ir 可得：电动势E ＝1.5V ，内阻r ＝1.5－1.03Ω＝16Ω，故A 错误；由图乙可知功率越大，如此电压越大，斜率越大，故小灯泡的电阻随着功率的增大而增大，故B 错误；由题图乙可得：当小灯泡两端的电压U ＝0.5V 时，电流I ＝6A ，故电阻R ＝U I ＝ 0.56Ω＝112Ω，故C 错误； 把电源和小灯泡组成闭合回路，将甲、乙两图叠加到一起，两U －I 曲线交点的纵坐标和横坐标分别为小灯泡的电压和电流，故U ＝0.5V ，I ＝6A ，所以小灯泡的功率P ＝UI ＝0.5×6W＝3.0W ，故D 正确．]2．AD [电阻R 的U －I 图线Ⅱ的斜率等于电阻R 的阻值，R ＝1.51.0Ω＝1.5Ω，选项A 正确；由电源的路端电压与电流的关系曲线Ⅰ可知E ＝3.0V ，图线Ⅰ的斜率的绝对值等于电源内阻，r ＝3.02.0Ω＝1.5Ω，选项B 错误；电源的路端电压与电流的关系图线和电阻R 的U －I 图线交点纵、横坐标的乘积表示电源的输出功率，P 出＝UI ＝1.5×1.0W＝1.5W ，选项C 错误；由EI ＝P 出＋P 内可得电源内部消耗的功率为P 内＝EI －P 出＝3.0×1.0W－1.5W ＝1.5W ，选项D 正确．]3．AC4．BCD5．D [电路元件L 1和L 2串联，所以I L 1＝I L 2＝0.2 A ，由题图甲可知，此时U L 1＝1 V ，U L 2＝2 V ；电源的电动势U ＝Ir ＋U L 1＋U L 2＝0.2×1 V＋1 V ＋2 V ＝3.2 V ；元件L 2此时的电功率P L 2＝U L 2I L 2＝2 V×0.2 A＝0.4 W ，应当选D.]6．AC [由题图可知电源的电动势E ＝50V ，内阻r ＝⎪⎪⎪⎪⎪⎪ΔU ΔI ＝50－206－0Ω＝5Ω，故A 正确，B 错误；该导体与该电源相连时，导体的电压、电流分别为U ＝40V ，I ＝2A ，如此R ＝UI ＝402Ω＝20Ω，此时电路消耗的总功率P 总＝EI ＝50×2W＝100W ，故C 正确，D 错误．] 7．D [由题图甲知，电压表V 2测量路端电压，电流增大时，内电压增大，路端电压减小，所以题图乙中最上面的图线表示V 2的电压与电流的关系，此图线斜率的绝对值大小等于电源的内阻，即r ＝3.4－3.00.3－0.1Ω＝2Ω.当电流I ＝0.1A 时，U ＝3.4V ，如此电源的电动势E ＝U ＋Ir＝3.4V＋0.1×2V＝3.6V，故A错误；变阻器的触头向右滑动时，R阻值变大，总电流减小，内电压减小，路端电压即为V2读数逐渐增大，故B错误；由题图乙可知，电动机的电阻r M＝0.8－0.40.2－0.1Ω＝4Ω.当I＝0.3A时，U＝3V，电动机的输入功率最大，最大输入功率为P＝UI＝3×0.3W＝0.9W，如此电动机的最大输出功率一定小于0.9W，故C错误；当I＝0.1A时，电路中电流最小，变阻器的电阻为最大值，所以R max＝EI－r－r M＝(3.60.1－2－4) Ω＝30Ω，故D正确．]。
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。
太阳能电池基本特性测定实验
太阳能电池基本特性测定实验目对太阳能的充分利用可以解决人类日趋增长的能源需求问题。
太阳能是一种新能源，一是利利用太阳能发电目前有两种方法，前，太阳能的利用主要集中在热能和发电两方面。
太阳能的利用和太阳能电池的特性研究二是太阳能电池。
用热能产生蒸气驱动发电机发电，为此，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。
是21 世纪的热门课题，介绍太阳能电池的电学性质我们尝试在普通物理实验中开设了太阳能电池的特性研究实验，联系科并对两种性质进行测量。
该实验作为一个综合设计性的普通物理实验，和光学性质，技开发实际，有一定的新颖性和实用价值，能激发学生的学习兴趣。
】实验目的【无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线1.IPU FF、开路电压及填充因子、最大输出功率2. 测量太阳能电池的短路电流SCaxmOC IJJU的关系，求出它与相对光强3. 测量太阳能电池的短路电流、开路电压SC0OC们的近似函数关系。
【实验仪器】光具座、滑块、白炽灯、太阳能电池、光功率计、遮光罩、电压表、电流表、电阻箱】【实验原理, 在没有光照时太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子的能量转化为电能。
UI的关系为可将太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压与通过的电流qU????1?I?Ie nKT (1) ??0??In qK,1。
是二极管的反向饱和电流,是玻尔兹曼常量是理想二极管参数,理论值为其中0q T为热力学温度。
（可令）为电子的电荷量,??nKT EEE?由半导体理论知,二极管主要是由如图所示的能隙为的半导体所构成。
CVC E当入射光子能量大于能隙时，光子被半导体所吸为半导体价电带。
为半导体导电带，V空穴对受到二极管内电场的影响而产生光生电动势，这一电子-收，并产生电子-空穴对。
现象称为光伏效应。
光电流示意图IPU, 和外太阳能电池的基本技术参数除短路电流和开路电压还有最大输出功率SCaxOCm P IUFFFF。
最大输出功率也就是定义为的最大值。
第二章光伏电池模型及MPPT技术原理
第二章光伏电池模型及MPPT技术原理光伏电池是能够将太阳光能转化为电能的电子器件，其输出功率尤其受光照强度、电子器件温度的阻碍。
为了将太阳能最大限度地转化为电能，提高光伏电池的光电转化效率，对光伏电池的最大功率点跟踪那么是光伏发电系统的关键技术之一。
为了进行最大功率点跟踪，必需对光伏电池的工作原理和特性进行详尽的研究，了解其是如何将太阳光能转化为电能，其转化进程受哪些因素的阻碍，和如何提高光电转化的效率。
基于此，研究光伏电池的工作特性势在必行。
一、太阳能光伏电池模型一、光伏电池的工作原理光伏电池的大体结构是PN结，当受到外界光照时，PN结会产生电动势，这种现象就称为光生伏特效应。
当太阳光照射到光伏电池表面时，一部份光子被反射归去，如光子1；一部份光子会在离PN结较远的地址被吸收，如光子2，它们在复合还原的进程中无法产生电动势；一部份光子因其本身动能较小，在刚进入PN结时，就被吸收，无法产生电动势，而且会使光伏电池本身的温度升高，如光子3；还有一部份光子在射入光伏电池没有被吸收，如光子4；而真正产生电动势的是那些在PN结周围被吸收的光子，如光子5；在PN结内部原子的价电子受到太阳光子的激发产生处于非平稳状态的空穴-电子对，在PN结内部形成势垒电场，现在，咱们能够把空穴明白得为正电荷，电子明白得为负电荷，当空穴-电子对处在势垒电场时，会受到电场力的作用，使得空穴向P区漂移，而电子那么向N区漂移，至此，在PN结周围会形成一个与势垒电场相反的光生电场。
光生电场的一部份与势垒电场相抵消，另一部份那么使得P区带正电，N 区带负电，而在P区和N区之间，就产生了电动势，只要在外部接上负载，即能够向负载输出直流电，形成一个小小的直流电源，使负载取得电能。
以上的整个进程确实是光生伏特效应，而这一样也是光伏电池的大体工作原理。
图2-1 PN结受光照激发空穴-电子对图图2-2 光伏电池的光生伏特效应图二、光伏电池模型光伏电池模型有两类，一类是物理模型，另一类是外部特性模型。
光伏ui曲线-概述说明以及解释
光伏ui曲线-概述说明以及解释1.引言1.1 概述光伏UI曲线是描述光伏系统输出功率和电压之间关系的一种曲线。
在光伏系统中，太阳能电池板将太阳能转化为直流电能，而光伏UI曲线则展示了在不同工作条件下，光伏系统的输出特性。
通过分析和优化UI曲线，可以更好地了解光伏系统的性能，提高系统的效率和稳定性。
概括地说，光伏UI曲线是通过测量和记录光伏系统在不同输入条件下的输出电流和电压而得出的。
光伏UI曲线可以通过实验或模拟计算得出，其横轴表示系统输出电压，纵轴表示系统输出电流。
通过绘制出这样一条曲线，我们可以直观地了解到光伏系统在不同电压下的输出电流及功率情况。
与光伏系统相关的光照强度、温度、电池板阻抗等因素都会对光伏UI 曲线产生影响。
在实际应用中，通过测量和分析光伏UI曲线，我们可以评估光伏系统的性能，判断系统是否正常工作，并找出潜在的问题和瓶颈。
通过优化光伏UI曲线，我们还可以改善光伏系统的效率，提高能量转换效率，减少功率损失。
在本文中，我们将首先介绍光伏技术的基本原理和应用，然后重点探讨光伏UI曲线的定义和意义。
我们将详细阐述光伏UI曲线在光伏系统中的作用和影响，并提供一些常用的优化方法和技巧。
通过本文的阅读，读者将能够更好地理解和应用光伏UI曲线，从而提高光伏系统的性能和效益。
1.2 文章结构文章结构部分主要对本文的组织结构和内容进行简要介绍。
本文分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分首先概述了本文要探讨的主题——光伏UI曲线，介绍了光伏技术的背景和研究意义。
接着介绍了本文的结构，即引言、正文和结论三个部分。
最后明确了本文的目的，即通过对UI曲线的分析与优化，进一步优化光伏系统的性能和效率。
正文部分主要包括两个小节，分别是"光伏技术简介"和"UI曲线的定义和意义"。
光伏技术简介部分将对光伏技术的基本原理、发展历程和应用领域进行简要介绍，为后续对UI曲线的讨论提供基础。
U-I图像的理解和应用 配套练习 2022-2023学年高二上学期物理人教版(2019)必修第三册
电路及其应用复习——U-I图像的理解和应用配套练习1.如图所示的U﹣I图象中，直线I为某电源的路端电压与电流的关系，直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线，用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，由图象可知（）A．R的阻值为1.5Ω B．电源电动势为3V，内阻为0.5ΩC．电源的输出功率为3.0W D．电源内部消耗功率为0.5W答案：A【解答】解：A、由直线Ⅱ的斜率知R=UI =1.51Ω=1.5Ω，故A正确；B、根据闭合电路欧姆定律得U＝E﹣Ir，当I＝0时，U＝E，由读出电源的电动势E＝3V，内阻等于图线的斜率大小，r=△U△I =32.0=1.5Ω，故B错误；C、两图线的交点表示该电源直接与电阻R相连组成闭合电路时工作状态，由图读出电压U＝1.5V，电流I＝1.0A，则电源的输出功率为P出＝UI＝1.5W．故C错误D、电源内部消耗的功率P r=I2r=12×1.5=1.5W，故D错误；故选：A。
2.（多选）某一电源的路端电压与电流的关系和电阻R1、R2两端的电压与电流的关系如图所示。
用此电源和电阻R1、R2组成电路，R1、R2可以同时接入电路，也可以单独接入电路。
下列说法正确的是（）A．将R1、R2串联后接到电源两端时，电源的效率为75%B．将R1、R2并联后接到电源两端时，电源的效率为80%C．为使电源输出功率最大，可将R1单独接到电源两端D．为使电源输出功率最大，可将R2单独接到电源两端答案：AC【解答】解：根据题图可知，电源的电动势为 E＝3V，内阻 r=36=0.5Ω，根据R=UI知，两定值电阻的阻值分别为 R1＝0.5Ω，R2＝1Ω．将R1、R2串联后接到电源两端时，电源的效率为η=R1+R2R1+R2+r×100%＝75%，故A正确；B、外电阻越大，电源的效率越高，因为R1、R2并联后的电阻小于将它们串联后的电阻，可知，将R1、R2并联后接到电源两端时，电源的效率小于75%，故B错误；C、当外电阻等于电源的内阻时，电源的输出功率最大，据此可知将R1单独接到电源两端时，电源输出功率最大，故C正确，D错误。
太阳能电池基本特性实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除太阳能电池基本特性实验报告篇一：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。
U---I图像中“交点”的妙用
U---I图像中“交点”的妙用河南省信阳高级中学陈庆威2013.11.231．图甲为某一小灯泡的U-I图线，现将两个这样的小灯泡并联后再与一个4Ω的定值电阻R串联，接在内阻为1Ω、电动势为5V的电源两端，如图乙所示，则（）A．通过每盏小灯泡的电流强度为0.2A，此时每盏小灯泡的电功率为0.6W B．通过每盏小灯泡的电流强度为0.3A，此时每盏小灯泡的电功率为0.6W C．通过每盏小灯泡的电流强度为0.2A，此时每盏小灯泡的电功率为0.26W D．通过每盏小灯泡的电流强度为0.3A，此时每盏小灯泡的电功率为0.4W解：设通过每个小灯泡的电流为I，电压为U，则电路中总电流为2I．根据闭合电路欧姆定律得U=E-2I（R+r）代入得：U=5-10I当U=0时，I=0.5A；当I=0时，U=5V，在U-I图上作出U=5-10I的图象如图，此图线与小灯泡的U-I图线的交点即为乙图状态下小灯泡的工作状态，由图读出通过每盏小灯泡的电流强度为I=0.3A，电压为U=2V，则此时每盏小灯泡的电功率为P=UI=0.6W．故选B2．图1所示为一个灯泡两端的电压与通过它的电流的变化关系曲线，可见两者不呈线性关系，这是由于焦耳热使灯丝的温度发生了变化．参考该曲线，回答下列问题（不计电流表和电源的内阻）．（1）若把三个这样的灯泡串联后，接到电动势为l2V的电源上，求流过灯泡的电流和每个灯泡的电阻．（2）如图2所示，将两个这样的灯泡并联后再与l0Ω的定值电阻串联，接在电动势为8V的电源上，求通过电流表的电流及各灯泡的电阻．3.有两个电源甲和乙，甲的电动势为6V，内阻为4Ω，乙的电动势为4.5V，内阻为1Ω，另有两个小灯A和B，它们的U-I图象如图所示，若要求用其中的一个电源和一个小灯泡串联成回路后小灯泡的功率最大，则应该选择（选填“甲与A”、“甲与B”、“乙与A”或“乙与B”）；若将小灯A、B串联后接在另一个内阻为2Ω的电源丙两端，发现A、B的功率之比为2：1，则电源丙的电动势为V．解：电源甲的外电压与电流关系U=6-4I，电源乙的外电压与电流关系U=4.5-I，作出两电源的外电压与电流的关系图线．如下图，发现乙和B的交点与横轴和纵轴围成的面积最大，即乙电源和灯泡B串联，小灯泡的功率最大．串联电流相同所以在相同电流下，两灯电压比值2：1的地方，就可以看出两灯的电压，从图上可知，此时电流为0.8A，电压分别是4V、2V．所以电源的电动势E=4+2+0.8×2V=7.6V．故本题答案为：乙与B，7.6．4.太阳能是一种“绿色”能源．在我国上海举办的2010年世博会上，大量利用了太阳能电池．太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件．某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池在没有光照时（没有储存电能）的I-U特性．所用的器材包括：太阳能电池，电源E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，开关S及导线若干．（1）为了达到上述目的，应选用图1中的实验电路图是图（填“甲”或“乙”）；（2）该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图2的I-U图象．由图可知，当电压小于2.00V时，太阳能电池的电阻（填“很大”或“很小”）；当电压为2.80V时，太阳能电池的电阻约为Ω．（3）如果把太阳能电池换成某一电阻做实验，测绘出此电阻的伏安特性曲线如图3，则随着电压的升高此电阻的阻值（填增大、减小、不变），如果把这个电阻和一个阻值为1.375Ω定值电阻串联后直接接在一个电动势E=1.5伏，内阻r=0.5Ω的电源两端，则此电阻的实际功率为W（保留一位有效数字）．5（第十六届中学生物理竞赛预赛试题的第六题）题目如图1所示，电阻Ｒ1＝Ｒ2＝1ｋΩ，电源电动势＝6Ｖ，两个相同的二极管Ｄ串联在电路中，二极管D的ＩＤ-ＵＤ特性曲线如图2所示，试求：（1）过二极管Ｄ的电流．（2）电阻Ｒ1消耗的功率．解析 根据图解法的特点，已知二极管Ｄ的ＩＤ-ＵＤ的特征曲线，只要能找出当＝6Ｖ时通过Ｄ的电流ＩＤ与加在Ｄ两端电压的关系式并作出图象，与ＵＤ-ＩＤ变化的特征曲线相交于一点，通过这一点坐标值的读数，便可求出＝6Ｖ时通过D的电流．（1）设ｄ的两端电压为ＵＤ，电流为ＩＤ，因为并联部分二极管支路由两个二极管串联，所以Ｒ2两端电压为2ＵＤ，则＝Ｕ1＋2ＵＤ，Ｕ1＝Ｉ1Ｒ1．Ｉ1＝Ｉ2＋ＩＤ，Ｉ2＝2ＵＤ／Ｒ2．以上各式可得：＝2ＵＤＲ1／Ｒ2＋2ＵＤ＋ＩＤＲ1，因为 ＝6Ｖ，Ｒ1＝Ｒ2＝1000Ω，整理得 ＵＤ＝1．5－250ＩＤ．作出它的图象与特征曲线相交于一点（1，2），如图5所示，即图5ＩＤ＝2ｍＡ，ＵＤ＝1Ｖ，所以当＝6Ｖ时通过Ｄ的电流ＩＤ＝2ｍＡ．（2）Ｉ2＝2ＵＤ／Ｒ2＝2ｍＡ，Ｉ1＝Ｉ2＋ＩＤ＝2ｍＡ＋2ｍＡ＝4ｍＡ，Ｐ1＝Ｉ12Ｒ1＝（4×10－3）2×1000Ｗ＝1．6×10－2Ｗ．。
太阳能电池特性测量及应用实验
太阳能电池特性测量及应用实验能源短缺和地球生态环境污染已经成为人类面临的最大问题。
本世纪初进行的世界能源储量调查显示，全球剩余煤炭只能维持约216 年，石油只能维持45 年，天然气只能维持61 年，用于核发电的铀也只能维持71 年。
另一方面，煤炭、石油等矿物能源的使用，产生大量的CO2、SO2 等温室气体，造成全球变暖，冰川融化，海平面升高，暴风雨和酸雨等自然灾害频繁发生，给人类带来无穷的烦恼。
根据计算，现在全球每年排放的CO2 已经超过500 亿吨。
我国能源消费以煤为主，CO2 的排放量大约占世界的25，位居世界第一，所以减少排放CO2、SO2 等温室气体，已经成为刻不容缓的大事。
推广使用太阳辐射能、水能、风能、生物质能等可再生能源是今后的必然趋势。
广义地说，太阳光的辐射能、水能、风能、生物质能、潮汐能都属于太阳能它们随着太阳和地球的活动，周而复始地循环，几十亿年内不会枯竭，因此我们把它们称为可再生能源。
太阳的光辐射可以说是取之不尽、用之不竭的能源。
太阳与地球的平均距离为1亿5千万公里。
在地球大气圈外，太阳辐射的功率2密度为1.353kW /m ，称为太阳常数。
到达地球表面时，部分太阳光被大气层吸收，光辐射的强度降低。
在2地球海平面上，正午垂直入射时，太阳辐射的功率密度约为1kW /m ，通常被作为测试太阳电池性能的标准光辐射强度。
太阳光辐射的能量非常巨大，从太阳到地球的总辐射功率比目前全世界的平均消费电力还要大数十万倍。
照射在地球上的太阳能非常巨大，每年到达地球的辐射能相当于49000亿吨标准煤的燃烧能，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年的能量消费。
可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。
而且太阳能发电干净，不产生公害。
所以太阳能发电被誉为最理想的能源。
太阳能发电有两种方式。
光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成蒸气，再驱动汽轮机发电，太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高。
太阳能电池基本特性测定实验
太阳能电池基本特性测定实验太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。
当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。
太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。
太阳能电池根据所用材料的不同，可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池四大类，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。
硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。
单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。
在实验室里最高的转换效率为23%,规模生产时的效率为15%。
在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。
多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。
因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。
非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。
但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。
太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21 世纪的热门课题，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。
我们开设此太阳能电池的特性研究实验，通过实验了解太阳能电池的电学性质和光学性质，并对两种性质进行测量。
该实验作为一个综合设计性的物理实验，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。
太阳能电池组件发展史.
1978
1983 1986 1990
美国建成100KW地面太阳能光伏电站
美国建成1MW光伏电站 美国建成6.5MW光伏电站 德国提出“2000光伏屋顶计划”，每个家庭屋顶安装3-5KW光伏电站
1997
1998 1999 2000
美国提出“克林顿总统拜望太阳能屋顶计划”，日本43亿瓦“新阳光计划”
荷兰政府提出“百万光伏屋顶计划” 日本太阳能电池总产量首次超过美国居世界第一位 世界光伏电池总产量287KW，欧盟计划2010年生产60亿瓦光伏电池
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晶体硅太阳能电池结构
200 m 3m m
n ++
p+
metal
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太阳能电池测试I-V曲线图如下：
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晶体硅太阳能电池等效电路：
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晶体硅太阳能电池电性能输出： I=IL-ID-IRsh=IL-I0(e
Nห้องสมุดไป่ตู้
内电场
P
PN结
N
随着扩散运动的进行，在界面N区的 一侧，随着电子向P区的扩散，杂质变成正 离子；在界面P区的一侧，随着空穴向N区 的扩散，杂质变成负离子。杂质在晶格中 是不能移动的，所以在N型和P型半导体界 面的N型区一侧会形成正离子薄层；在P型 区一侧会形成负离子薄层。这种离子薄层 会形成一个电场，方向是从N区指向P区， 称为内电场，见左上图。 内电场的出现及内电场的方向会对扩散 运动产生阻碍作用，限制了扩散运动的进一 步发展。在半导体中还存在少子，内电场的 电场力会对少子产生作用，促使少数载流子 产生漂移运动。
应用于太阳电池的I-V曲线测试仪在线校准方法
0 引言
以开路电压( Voc ) 和短路电流( Isc ) 为代表的光电 参数是评估太阳电池质量可靠性的重要指标[1 -2] , 也 是太阳电池贸易结算的依据。 Voc 和 Isc 测 量 的 准 确 性 影响着太阳电池的技术创新及发展[3] 。 测量光电参数 的 I-V 曲线测试仪是由数据采集、 数据传输、 数据转 换、 模型 计 算、 软 件 控 制 等 多 环 节 构 成 的 复 杂 系 统[4] , 实现对 I-V 曲线测试仪的校准是准确测量光电 参数的保证。
9. 235
10
9. 213
9. 233
平均值
9. 215
9. 233
被校准 I-V 曲线测试仪所测短路电流 Isc 的相对示 值误差计算公式为
ηrel2
=
II - IS IS
× 100%
(2)
经过 计 算 得 到 短 路 电 流 Isc 的 相 对 示 值 误 差 为
0. 20% , 参照 JJG 124 - 2005 《 电流表、 电压表、 功率
计测技术 doi: 10. 11823∕j. issn. 1674 - 5795. 2021. 03. 10
计量、 测试与校准 · 51·
应用于太阳电池的 I-V 曲线测试仪在线校准方法
张楠
( 广东省计量科学研究院, 广东 广州 510405)
摘 要: 为解决 I-V 曲线测试仪在量传溯源方面的技术问题, 通过对太阳电池开路电压( Voc ) 、 短路电流( Isc ) 测量方法和技术的研究, 实现了对 I-V 曲线测试仪 Voc , Isc 参数的在线测量, 从而完成了对 I-V 曲线测试仪的系统 在线校准。 研究结果表明, 太阳电池开路电压、 短路电流在线校准的相对示值误差分别为 0. 45% , 0. 20% , 满足 了光伏产业相关设备的量传溯源需求, 为该产业健康发展提供了技术支撑。
太阳能电池基本特性的测量
“绿-1)(1)太阳能电池基本特性的测量太阳能的利用和太阳能电池特性研究是21世纪新型能源开发的重点课题。
目前硅太阳能电池应用领域除人造卫星和宇宙飞船外，已大量用于民用领域：如太阳能汽车、太阳 能游艇、太阳能收音机、太阳能计算机、太阳能乡村电站等。
太阳能是一种清洁、 能源，因此，世界各国十分重视对太阳能电池的研究和利用。
本实验的目的主要是探讨太阳能电池的基本特性，太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子能量转换为电能。
【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 se )、开路电压(U oc )、最大输出功率P m 及填充因子FF ,［FF =P m /(l se * U OC )］。
填充因子是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。
3.测量太阳能电池的光照特性： 测量短路电流I sc 和相对光强度J/J 。
之间关系，画出I sc与相对光强J/J o 之间的关系图；测量开路电压 U °c 和相对光强度J/J o 之间的关系，画出U oc 与相对光强J/J o 之间的关系图。
【实验原理】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，I o 和［是常数。
由半导体理论，二极管主要是由能隙为E c -E V 的半导体构成，如图 1所示。
E c 为价带E V 圏1电子利空穴在电场的作用下产生光电战IR s U一（1冲一匚一i）R sh =0假定R sh 一：：和R s =0，太阳能电池可简化为图3所示电路。
这里，I "ph」d =I ph -I o(e U -1)。
在短路时，U -0，I ph =4 ；而在开路时，I =0，I sc —10 (e u°c—1) = 0 ；Id1 !b （V）土D V----------------- 4 ----------------- O 图$末阳能电池的简化电路图半导体导电带，E V为半导体价电带。
太阳能电池各参数的含义
α
{1 − exp[−α (l n + W + le )]} ≈ qGo A(l n + W + le )
其表面积A=5cm×5cm,ln =0.2µm,W=2µm,le=50µm,Go=1×1018cm-3s-1
太阳电池原理
不同波长的光所产生的Isc 1，对于光波长λ≈1.1µm，α=2000m-1（吸收深度δ=1/ α=500μm）, 求得Isc=20mA. 2，对于强吸收的光波长λ≈0.83µm， α=10 × 105m-1（吸收深度 δ=1/ α=10μm）,求得Isc=40mA. 3，α随着光波长的缩短而增大,最后(当λ‹450nm)由于α非常大，会 λ‹450nm) 使光生载流子只发生在电池片表面，而电池片的 表面区的缺 陷很容易使电子空穴对被复合掉，从而使光电流反而减小。
太阳电池原理---太阳电池原理----原理图
n区 Ebi p区
P+区
中波
正电荷
长波
le
电子
背 场
正电极
短波
lh
0.2µm 2µm 180~200µm 3~6µm
Voc
太阳电池原理
电池片厚度一般为180~200µm. 电子空穴对EHP扩散距离le=(Deτe)1/2其中De为扩散系数. n侧少子为空穴,扩散长度很短,再由于n侧是重扩散杂质,所以少子 寿命非常短,因此n侧做得很薄(0.2µm),事实上,n侧的厚度ln可能少于 空穴的扩散长度lh.表面位置由于存在各种缺陷成为复合中心.短波 光会在表面被吸收,产生电子空穴对,这些非常接近n侧表面的光生 电子和空穴对很快就消失掉,这就是短波光量子效率很低的原因. 在波长约为1至1.2µm的光,硅材料对其吸收的系数很小α很小,吸 收深度(1/ α)通常会大于100µm。为了俘获这些长波光子,我们需要 µm 相当厚的p侧材料，同时这种材料又必须是无缺陷的,使它有足够 长的少数载流子扩散长度le .通常p侧材料厚度为200µm.而少数载流 子扩散长度le会少于这个长度. 硅材料的带隙Eg约为1.1ev.
太阳能电池的参数解读
二、太阳能电池的主要技术参数
(4) 填充因子（曲线因子）
在太阳电池伏安特性曲线图上，通 过开路电压所作垂直线与通过短路电流 所作水平线和纵坐标及横坐标所包围的 矩形面积A，是该电池有可能达到的极 限输出功率值； 通过最大功率点所作垂直线和水平 线与纵坐标及横坐标所包围的矩形面积 B，是该电池的最大输出功率值； 两者之比，就是该电池的填充因子， 即 FF=B/A。
作电压后，随着电压的上升，输出功率也
要减少。 通常太阳电池所标明的功率，是指 在标准工作条件下最大功率点所对应的功 率。
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二、太阳能电池的主要技术参数 (5)最大功率点
实际工作时，往往并不是在标准测试 条件下工作，而且一般也不一定符合最佳 负载的条件，再加上一天中太阳辐照度和 温度也在不断变化，所以真正能够达到额 定输出功率的时间很少。
当U=0时，Isc=Iph。
太阳电池的短路电流Isc与太阳电池的 面积大小有关，面积越大，Isc越大，一般 1cm2的单晶硅太阳电池Isc=16~30mA。
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二、太阳能电池的主要技术参数 (4) 填充因子（曲线因子）
填充因子是表征太阳电池性能优劣的 一个重要参数，定义为太阳电池的最大功
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二、太阳能电池的主要技术参数
(5)最大功率点
不同的工作点输出功率也不一样，但 总可以找到一个工作点，其包围的矩形 （OImMUm）面积最大，也就是其工作电 压U和电流I的乘积最大，因而输出功率 也最大，该点即为最佳工作点，即
P UI U[I ph I0 (e
率与开路电压和短路电流的乘积之比，通 常用FF(或CF)表示：
太阳能电池串并联特性
实验九 太阳电池串并联特性测比太阳电池单体电池工作电压只有不到1伏，电流数安培，不能直接应用，一般需要进行必要的串联和并联，以达到所需要的电压和电流，本实验就是要测试太阳电池的串联和并联特性，为实际应用打好基础。
一、实验目的1． 了解恒定光强脉冲法测试太阳电池伏安特性的原理和方法。
2． 了解太阳电池组件I ―V 电性曲线的定性规律。
3． 了解遮挡对太阳电池组件输出性能的影响。
4． 掌握本实验测试器具的使用。
二、仪器及用具晶体硅太阳电池组件三块、专用电性测试柜一台。
三、原理太阳电池是一个较大的面结PN 二极管。
其工作电流I 可用下式表示I = I ph - I 0 [exp(qV ／nkT) - 1] -()shL s R R R I + (2.1)开路电压表示为 V oc = qknTln[(I sc ／I 0 ) +1] (2.2) 式中I −− 负载中流过的电流；I ph −− 由光激发产生载流子所形成的光电流；q−−一个电子的电量；V −−电池的工作电压；n−−结构因子；k −−玻耳兹曼常数；T−−电池工作的绝对温度；V oc−−电池的开路电压；R s−−电池的串联电阻；R sh−−电池的并联电阻；R L−−负载电阻；I sc−−电池的短路电流。
太阳电池是依据“光生伏打效应”原理工作的。
太阳电池组件则是将太阳单体电池进行串、并联组合而构成的一个整体。
组件的电性能将随单体电池的串、并联数量而与单体电池电性能产生量的变化。
串联时电压叠加，并联时电流叠加，如图9.1和图9.2所示。
恒定光强脉冲测试太阳电池伏安特性工作原理：通过控制脉冲氙灯的工作电流使得其发光强度在测试时间内维持恒定不变，然后通过电子负载在脉冲恒定的时间内快速测试伏安特性曲线，光脉冲的工作过程如图9.3所示；电子负载的工作原理如图9.4所示。
将其输出接入主电路中，通过调节U i控制恒压输出U o为一确定值，U o在主电路的回路中占具一定的电压降，相当于主电路中接入了一个产生U o电压降的负载。