1、 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： 1209040110 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 0.00
2、3 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
3、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 0.0
4、05 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 4
5、4 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
6、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 2.75U2 (mv) 7.5 13.7 22.1 32.8 47.5 67.1 92.7 127.3 174 236I (A) 7.5 13.7 22.1 32.8 47.5 67.1 92.7 127.3 174 236ln(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 曲线，拟合成直线如下1lnuI0.5 1 1.5 2 2.5 3-12-11.5-11-10.5-10
7、-9.5-9-8.5-8不不不不不不 u1(V)lnI(A)lnI-u1不Y不不不不不不y不不不不不分析：由图像可知 lnI 与电压呈线性变化，斜率为 1.4798 即 =1.479，由两线重合点（2.25，-8.97）带入公式 算出 =-11.9296,即01lnulII0lI=6.592A0I2. 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 100 80 60 40 20 10 8 6 4 2 1 0.8 0.4 0.2电压u(v) 4.63 4.6254.6174.6074.5814.5314.5034.4534.3543.9712.8632.3941.2250.615电流I(
8、mA)0.0460.0580.0770.1150.2290.4530.5630.7421.0891.9862.8632.9933.0633.075功率P(mw)0.2140.2670.3550.5311.0492.0532.5353.3054.7397.8848.1977.1643.7521.891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：0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 500.511.522.533.5不不不不不不 u(V)不不不不不I不mA不Iu不不Y不不不不不不y不不不不不不0 10 20 30 40 50 60 70
9、 80 90 1000123456789不不不不不 R(k)不不不不P不mw不PR不不Y不不不不不不y不不不不不分析：由 IU 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 =3.15mA, =4.65V，由 PR 曲线得出最初功率scIocu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=8.2mw,对应的电阻值 R=4.1k，计算太阳能电池重要参数填充因子mPFF= /（ ）=8.2mw/(3.15mA4.65V)=0.56scIou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
10、短路电流 和开路电压 与相对光强 的关系scIocu0/JJ(m w) 984.0J1.058 1.173 1.274 1.4 1.537 1.655 1.7240/1 1.075 1.192 1.295 1.422 1.562 1.682 1.752)(scmAI3.2 3.6 4.1 4.7 5.5 6.6 8 9.8（V）ou4.373 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 与相对光强 的scI0/J曲线，开路电压 与相对光强 的曲线如下：ocu0/J1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1
11、.8345678910不不不不 J/J0不不不不Isc不mA不IscJ/J0不不Y不不不不不不y不不不不不1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.84.24.34.44.54.64.74.84.95不不不不 J/J0不不不不uos(v)uosJ/J0不不Y不不不不不不y不不不不不不分析：由 曲线图像可知：短路电流随相对光强的增加即scI0/J光强的增加，逐渐增加，且增加速率也逐渐变大。由 曲线图ocu0/J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
12、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 =107.5vu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-30V30V 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 0u(V) -29.2 -26.4 -23.5 -20.6 -17.8 -14.8 -11.9 -8.9 -6 -3 0I(mA) -0.83 -0.65 -0.5 -0.36 -0.26 -0.17 -0.12 -0.07 -0.04 -0.
13、01 0U(V) 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30u(V) 0 2.6 3.6 3.9 4.1 4.2 4.2 4.3 4.4 4.4 4.5I(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-30V30V 偏压下的 IV特性曲线，只在正向偏压下的 IV 特性曲线如下：-30 -20 -10 0 10 20 30-5051015202530不不不不不不不不 v不不不不I不mA不不不不不不不不不 IV不不不不Y不不不不不不y不不不不不0 0.5 1 1.5 2
14、 2.5 3 3.5 4 4.5051015202530 不不不不不不不不不不不不不不不不不不不不不不不 V不不不不I不mA不不不不不不不不不不不分析：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（k） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10u(V) 0.95 1.75 2.42 2.97 3.24 3.45 3.52 3.55 3.5
15、8 3.6I(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 IV 特性曲线如下0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40.40.50.60.70.80.91不不不不不不不不不不 V不不不不不mA不不不不不不不不不 IV不不不不不不不不不不不不不不分析：由 IV 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
16、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(k） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10u(V) 0.64 1.22 1.75 2.23 2.72 3.06 3.33 3.34 3.47 3.5I(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VR 曲线于一图如下：1 2 3 4 5 6 7 8 9 1000.511.522.533.5 不不不不 VR不不不不不 R(k)不不不不不不不不不不V不不不不不不不不不分析
17、：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(k) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10u(V) 0.41 0.74 1.01 1.24 1.42 1.59 1.72 1.86 1.98 2.1I(mA) 0.41 0.37 0.33 0
18、.3 0.28 0.26 0.24 0.23 0.21 0.2根据上表数据应用 MATLAB 作出 IV 特性曲线如下：0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.40.20.250.30.350.40.450.5 不不不不不不 577nm不不不不不不不不 IV不不不不不不不不不不不不不不不 V不不不不I不mA不不不不不不不不不不不分析：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
19、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。
