太阳能光伏发电原理与应用实验报告

太阳能光伏发电原理与应用
实验报告
课题名称：太阳能光伏发电原理与应用实验
专业班级：12级应用光电子01
学生学号：10
学生姓名：胡超
学生成绩：
指导教师：刘国华
课题工作时间：2015.6.1至2015.6.4
实验一、太阳辐射能的测量
下表是针对武汉市的日照情况，记录武汉市的某一天某一时段（每两分钟记
录一次）的太阳辐射强度：
太阳辐射监测系统
瞬时值累计值
时间
总辐射散射辐射直接辐射反射辐射净全辐射总辐射散射辐射直接辐射反射辐射净全辐射10:06 538 113 436 41 112 0.031 0.014 0.016 0.003 0.009 10:08 404 105 298 32 77 0.056 0.013 0.045 0.004 0.012 10:10 449 99 347 31 268 0.049 0.013 0.037 0.004 0.009 10:12 416 97 304 33 246 0.056 0.012 0.043 0.004 0.033 10:14 645 118 525 49 347 0.056 0.012 0.042 0.004 0.033 10:16 198 105 57 24 105 0.077 0.014 0.062 0.006 0.040 10:18 549 107 425 42 326 0.025 0.013 0.007 0.003 0.012 10:20 610 111 485 45 329 0.066 0.013 0.051 0.005 0.039 10:22 631 108 513 50 304 0.076 0.013 0.061 0.006 0.039 10:24 619 108 493 45 284 0.076 0.013 0.062 0.006 0.036
10:26 465 103 310 39 194 0.075 0.013 0.059 0.006 0.034 10:28 653 109 402 47 264 0.067 0.013 0.043 0.005 0.027 10:30 690 111 337 48 263 0.079 0.013 0.046 0.006 0.032 10:32 693 113 318 47 249 0.083 0.013 0.042 0.006 0.031 10:34 653 115 214 48 219 0.082 0.014 0.035 0.006 0.029 10:36 713 118 176 53 145 0.061 0.013 0.018 0.005 0.021 10:38 575 111 92 44 89 0.087 0.014 0.020 0.006 0.015 10:40
717
115
53
44
90
0.080 0.014 0.009 0.006 0.010
根据表格数据用MATLAB 分别作出各辐射瞬时值、累计值与时间的关系曲线如下： 分析：由两个图像均可知总辐射≈散射辐射+直接辐射，总辐射与净辐射与反射辐射之和有一定差值，差值应是有效辐射，某时刻辐射累计值=120秒×（此时刻辐射瞬时值+上一时刻辐射瞬时值）/2.由于天气原因，仪器误差以及人为所致误差，致使实验数据不是很理想，太阳辐射值的采集应选择天气较好，阳光明媚的日子。

结论：总辐射≈散射辐射+直接辐射，总辐射与净全辐射和反射辐射之和的差值为地面的有效辐射。

实验二：太阳能电池基本特性的测量
1.下表为无光照条件下测量太阳能电池正向偏压时的I-U 特性
U1（v ） 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 U2 (mv) 7.5 13.7 22.1 32.8 47.5 67.1 92.7 127.3 174 236 I (μA) 7.5 13.7 22.1 32.8 47.5 67.1 92.7 127.3 174 236 ln(I) -11.8
-11.19 -10.72 -10.33
-9.95
-9.61 -9.29 -8.97 -8.65 -8.35
根据表格由MATLAB 作出1~ln u I 曲线，拟合成直线如下
0.5
1
1.52
2.53
-12-11.5-11-10.5-10-9.5-9-8.5-8电阻两端电压u 1(V)
l n I (μA )
lnI-u 1图
Y ：拟合后直线y ：原始曲线
分析：由图像可知lnI 与电压呈线性变化，斜率为1.4798即β=1.479，由两线重合点（2.25，-8.97）带入公式01ln βu ln I I +=算出0ln I =-11.9296,即0I =6.592μA
2. 下表为太阳能电池在光照时改变阻值电压随电流变化
阻值
k Ω 100 80 60 40 20 10 8 6 4 2 1 0.8 0.4 0.2 电压
u(v) 4.63 4.625 4.617 4.607 4.581 4.531 4.503 4.453 4.354 3.971 2.863 2.394 1.225 0.615 电流
I(mA) 0.046 0.058 0.077 0.115 0.229 0.453 0.563 0.742 1.089 1.986 2.863 2.993 3.063 3.075 功率
P(mw)
0.214 0.267 0.355 0.531 1.049 2.053 2.535 3.305 4.739 7.884 8.197 7.164 3.752 1.891 根据上表数据应用MATLAB 分别作出电流随电压变化曲线、电阻功率随电流
变化曲线如下：
分析：由I~U 曲线得知电流随电压的增加而减小，斜率逐渐变大即减小速率变大两截距得出短路电流sc I =3.15mA,oc u =4.65V ，由P~R 曲线得出最初功率随阻值增加而变大达到峰值后，再根据电阻增加而减小，可知最大输出功率m P =8.2mw,
对应的电阻值R=4.1k Ω，计算太阳能电池重要参数填充因子FF=m P /（sc I oc u ）=8.2mw/(3.15mA ×4.65V)=0.56
结论：电流随电压增大而减小，而减小的速率在增大，功率随阻值的增加先增大后减小，期间有一峰值。

3.太阳能电池短路电流sc I 和开路电压oc u 与相对光强0/J J 的关系 J(m w)
1.058 1.173 1.274 1.4 1.537 1.655 1.724 1 1.075 1.192 1.295 1.422 1.562 1.682 1.752
3.2
3.6
4.1 4.7
5.5
6.6 8 9.8 oc u （V ） 4.373
4.45
4.54
4.62
4.7
4.77
4.86
4.94
由表中数据应用MATLAB 分别作出短路电流sc I 与相对光强0/J J 的
曲线，开路电压oc u 与相对光强0/J J 的曲线如下：
分析：由sc I ~0/J J 曲线图像可知：短路电流随相对光强的增加即光强的增加，逐渐增加，且增加速率也逐渐变大。

由oc u ~0/J J 曲线图像可知：开路电流随相对光强的增加即光强的增加，且变化几乎成线性。

结论：光照越强，太阳能电池产生的电压越大，进而导致电路中电流变大。

实验三：太阳能光伏发电系统实验
由实验测得数据如下： 太阳能正极输入电压u=13.54v; 蓄电池输入u=11.67； 交流输出~
u =107.5v
实验四：太阳能电池综合特性的测量
1.太阳能电池暗特性测试
在无光照条件下在太阳能电池加-30V~30V 偏压，测试太阳能电池两端的电压和通过太阳能电池的电流数值记录于下表
U(V) -30 -27 -24 -21 -18 -15 -12 -9 -6 -3 0 u(V) -29.2 -26.4 -23.5 -20.6 -17.8 -14.8 -11.9 -8.9 -6 -3 0 I(mA) -0.83 -0.65 -0.5 -0.36 -0.26 -0.17 -0.12 -0.07 -0.04 -0.01
U(V) 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 u(V) 0 2.6 3.6 3.9 4.1 4.2 4.2 4.3 4.4 4.4 4.5 I(mA) 0 0.38 2.41 5.17 7.92 10.81 13.72 13.72 16.56 19.59 25.5 根据上表数据应用MATLAB分别作出-30V~30V偏压下的I~V
特性曲线，只在正向偏压下的I~V特性曲线如下：
分析：根据两张曲线图，得知电流值随电压的增加而升高，且增加速率随电压的增加而增加，即电阻在减小，正偏电压下比反偏电压增加的更快。

结论：太阳能电池的暗电阻在反偏电压下很大，且变化缓慢，而在正偏电压下较小，且减小的较快。

2.太阳能电池光照特性测试
不加滤波片，有光照最强下，改变阻值，电压及电流的变化记录于下表：
阻值
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
（kΩ）
u(V) 0.95 1.75 2.42 2.97 3.24 3.45 3.52 3.55 3.58 3.6
I(mA) 0.94 0.87 0.8 0.74 0.65 0.57 0.5 0.44 0.39 0.35 根据上表数据应用MATLAB作太阳能光照时I~V特性曲线如下
分析：由I~V特性曲线可知电压在增加时，电流减小，且减小速率在增加。

然
而电阻变大时，其两端电压增加，电流减小，电阻呈线性变化，其曲线应是一条
斜率不变的直线，而现在斜率变大，证明此时太阳能电池光电阻值随电压的增加
而增加的
结论：太阳能电池的光电阻随所加电压增加而减小，成反比。

3.不加滤波片，有较低光照，改变阻值，电压及电流的变化记录于下表：
阻值
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
(kΩ）
u(V) 0.64 1.22 1.75 2.23 2.72 3.06 3.33 3.34 3.47 3.5
I(mA) 0.63 0.6 0.58 0.55 0.53 0.51 0.46 0.43 0.38 0.34 根据上表数据结合2最强光照下的数据应用MATLAB作两条V~R曲线于一图如下：
分析：由两条曲线均可知对电阻增加，负载两端的电压是增加的，线性增加的电阻，其电压并不是线性增大，而是变缓增加，可知太阳能电池内电阻也在负
载增加的同时增加，而不同光强下的太阳能电池增加的速率也不同，光照越强，
斜率逐渐减小的越快，增加速率减小的越快，即太阳能电池的电阻增加速率增加
越快。

结论：光照越强，太阳能电池的增大速率越快。

4.加滤波片（577nm），光照最强时，改变阻值，电压及电流的变化
记录于下表：
电阻
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
(kΩ)
u(V) 0.41 0.74 1.01 1.24 1.42 1.59 1.72 1.86 1.98 2.1
I(mA) 0.41 0.37 0.33 0.3 0.28 0.26 0.24 0.23 0.21 0.2 根据上表数据应用MATLAB作出I~V特性曲线如下：
分析：由以上曲线可知：仅使单色光照射时，电流值随电压变化成线性，电阻保持不变，负载在保持线性变化，可知太阳能电池电阻也在随电压成线性变化。

结论：单色光照射时，太阳能电池随电压变化成线性。

5.数据采集部分电脑操作
采集的电流电压的数据如下表
电压（V） 2.734 2.745 2.727 2.699 2.705 2.713 2.652 2.618 2.586 2.641 2.579 电流（mA）0.027 0.030 0.033 0.044 0.054 0.064 0.084 0.100 0.111 0.121 0.137 电压（V） 2.562 2.364 2.352 2.341 2.256 2.199 2.116 2.063 2.134 2.003 1.937 电流（mA）0.145 0.235 0.253 0.280 0.313 0.354 0.408 0.440 0.48 0.481 0.524 分析：电脑采集与手动采集差异较大，人为误差减小，数据精确，电流还是随电压成反比。