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一、概述

太陽(yáng)能是一種新型能源，對太陽(yáng)能的充分利用可以解決人類(lèi)日趨增長(cháng)的能源需求問(wèn)題。目前，太陽(yáng)能的利用主要集中在熱能和光伏發(fā)電兩方面。利用太陽(yáng)能發(fā)電目前有兩種方法，一是利用熱能產(chǎn)生蒸氣驅動(dòng)發(fā)電機發(fā)電，二是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能的利用和太陽(yáng)能電池的特性研究是21世紀的熱門(mén)課題，許多發(fā)達國家正投入大量人力物力對太陽(yáng)能接收器進(jìn)行研究。 本實(shí)驗介紹太陽(yáng)能電池的電學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)，并對兩種性質(zhì)進(jìn)行測量。

測試儀工作狀態(tài)圖

二、技術(shù)指標

本試驗儀采用專(zhuān)業(yè)光源在實(shí)驗室模擬太陽(yáng)光，四塊太陽(yáng)能電池板安裝在滑動(dòng)導軌上。通過(guò)太陽(yáng)輻射計測量光功率，可測量太陽(yáng)能電池的伏安特性和轉換效率。
具體技術(shù)指標:
   1.太陽(yáng)模擬光源：交流220V/150W；
   2.太陽(yáng)能電池：多晶硅60mm×60mm×0.3W×4片；
   3.每片開(kāi)路電壓：3.78V，短路電流80mA；
   4.直流穩壓電源：0～2.5V連續可調；
   5.太陽(yáng)輻射傳感器:測試功率:0～2000W /m2光譜范圍:320nm～1100nm 精度小于5%,即可在模擬光源下測量又可在室外太陽(yáng)下測量太陽(yáng)輻射值,使學(xué)生更好的掌握太陽(yáng)輻射效率。
   6.直流數字電壓表：0～20V，三位半數顯指示，精度±0.5%；
   7.直流數字電流表：0～200mA，精度：±0.5%；
   8.負載電阻：0～9999Ω；
   9.光源支架全部為不銹鋼材料,主機為鋁和金箱式結構,便于攜帶。

三、實(shí)驗項目

  1、無(wú)光照時(shí)太陽(yáng)能電池的伏安特性測試；

  2、太陽(yáng)能電池開(kāi)路電壓、短路電流與光強的關(guān)系測試；

  3、太陽(yáng)能電池負載特性與轉換效率測試；

  4、太陽(yáng)能電池的串、并聯(lián)實(shí)驗；

  5. 室外的太陽(yáng)輻射的測量方法實(shí)驗。

測試儀實(shí)物圖

四、實(shí)驗原理

太陽(yáng)能電池的主要結構為PN結。理想PN結的電流和電壓關(guān)系由下式（1）給出

（1）

式中，I0是無(wú)光照時(shí)的反向飽和電流，U是結上的電壓，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。當光照射在太陽(yáng)能電池表面的PN結上時(shí)，只要入射光子的能量大于半導體材料的禁帶寬度，則光子將被太陽(yáng)能電池吸收而產(chǎn)生電子－空穴對。太陽(yáng)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）

當太陽(yáng)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；當太陽(yáng)能電池的輸出端開(kāi)路時(shí)，即I=0，可推得開(kāi)路電壓UOC。正常運行時(shí)，IPh比I0高幾個(gè)數量級，因此(2)式括號中的1可以忽略。
當太陽(yáng)能電池接上負載電阻后，太陽(yáng)能電池的輸出電壓和電流隨著(zhù)負載電阻的變化而變化，當負載電阻R在某一值時(shí)時(shí)，太陽(yáng)能電池的輸出功率為最大，即最大輸出功率，設此時(shí)對應的電壓為Um，電流為Im，有Pm=Im*Um。填充因子定義為

  (3)

是代表太陽(yáng)能電池性能優(yōu)劣的一個(gè)重要參數。某狀態(tài)下值越大，說(shuō)明太陽(yáng)能電池在對應該負載電阻情況下對光的利用率越高。