太陽(yáng)能光伏發(fā)電實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案太陽(yáng)能光伏發(fā)電實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)鄭州科技學(xué)院電子信息工程教研室編目 錄實(shí)驗(yàn)一太陽(yáng)能電池板特性測(cè)試 1實(shí)驗(yàn)二太陽(yáng)能電池板的串聯(lián)、并聯(lián)特性測(cè)試 4實(shí)驗(yàn)三負(fù)載特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)7實(shí)驗(yàn)四環(huán)境對(duì)太陽(yáng)能電池光伏轉(zhuǎn)換的影響實(shí)驗(yàn) 10實(shí)驗(yàn)五太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)換效率測(cè)量實(shí)驗(yàn) 15實(shí)驗(yàn)六太陽(yáng)能應(yīng)用實(shí)驗(yàn)16實(shí)驗(yàn)七太陽(yáng)能光控跟蹤實(shí)驗(yàn) 219實(shí)驗(yàn)八太陽(yáng)能蓄電池充放電控制實(shí)驗(yàn) 231實(shí)驗(yàn)九太陽(yáng)能光伏逆變器實(shí)驗(yàn) 264實(shí)驗(yàn)十太陽(yáng)能路燈的設(shè)計(jì) 307文檔大全實(shí)驗(yàn)一 太陽(yáng)能電池板特性測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .了解和掌握太陽(yáng)能電池板原理及應(yīng)用。2 .理解太陽(yáng)能電池的基本特性和主要參數(shù)，掌握測(cè)量太陽(yáng)能電池的基本特性和主要參數(shù)的基本原理和基本

2、方法。 二、實(shí)驗(yàn)原理1 .開(kāi)路電壓(Uoc)電池不放電由，電池兩極之間的電位差被稱為開(kāi)路電壓。一個(gè)基本的帶電源、 聯(lián)接導(dǎo)體，負(fù)載的電路，如果某處開(kāi)路，斷開(kāi)兩點(diǎn)之間的電壓為開(kāi)路電壓。電路開(kāi)路時(shí)我們可理解為就是在開(kāi)路處接入了 一個(gè)無(wú)窮大的電阻，不可質(zhì)疑，這個(gè)無(wú)窮大的電阻是串聯(lián)于這個(gè)電路中的，根據(jù)串聯(lián)電路中電阻的分壓公式，這個(gè)無(wú)窮大電阻兩端的分電壓將為電路中的最高電壓即電源電壓。所以線路開(kāi)路時(shí)開(kāi)路電壓一般表現(xiàn)為電源電壓。2 .短路電流(Isc)短路電流是由于故障或連接錯(cuò)誤而在電路中造成短路時(shí)所產(chǎn)生的過(guò)電流。短路電流將引起下列嚴(yán)重后果：短路電流往往會(huì)有電弧產(chǎn)生，它不僅能燒壞故障元件本身，也可能燒壞周圍

3、設(shè)備和傷害周圍人員。 巨大的短路電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)， 一方面會(huì)使導(dǎo)體大量發(fā)熱，造成導(dǎo)體過(guò)熱甚至熔化，以及絕緣損壞；另一方面巨大的短路電流還將產(chǎn)生很大的電動(dòng)力作用于導(dǎo)體， 使導(dǎo)體變形或損壞。 短路也同時(shí)引起系統(tǒng)電壓大幅度降低，特別是靠近短路點(diǎn)處的電壓降低得更多，從而可能導(dǎo)致部分用戶或全部用戶的供電遭到破壞。網(wǎng)絡(luò)電壓的降低，使供電設(shè)備的正常工作受到損壞，也可能導(dǎo)致工廠的產(chǎn)品報(bào)廢或設(shè)備損壞，如電動(dòng)機(jī)過(guò)熱受損等。電力系統(tǒng)中出現(xiàn)短路故障時(shí)， 系統(tǒng)功率分布的突然變化和電壓的嚴(yán)重下降，可能破壞各發(fā)電廠并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性，使整個(gè)系統(tǒng)解列，這時(shí)某些發(fā)電機(jī)可能過(guò)負(fù)荷，因此，必須切除部分用戶。短路時(shí)電壓下降的愈大，持續(xù)時(shí)

4、間愈長(zhǎng)，破壞整個(gè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的可能性愈大。3 .功率曲線(Pout )太陽(yáng)能電池板的輸出電壓與輸出電流的乘積即為太陽(yáng)能電池板的輸出功率，用Put =U。止I。衰示。把測(cè)得的不同組數(shù)據(jù)所獲得的輸出功率用曲線連接起來(lái)就得到太陽(yáng) 能電池板的功率曲線，通過(guò)功率曲線還可以大致地估計(jì)太陽(yáng)能電池板的最大輸出功率。 三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及材料表1-1實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及材料序號(hào)設(shè)備名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量1太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)V-Ets-solar-IV12導(dǎo)線紅線、黑線若寸四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1 .太陽(yáng)能電池板開(kāi)路電壓測(cè)試(1)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上按照?qǐng)D1-1連接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。80 cM紅線充電電壓表光伏板80CM黑線最大輸出

5、電壓接線圖圖1-1太陽(yáng)能電池板開(kāi)路電壓測(cè)試示意圖(2)打開(kāi)“模擬光源控制單元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個(gè)開(kāi)關(guān)。(3)仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的“充電電壓表”的值，記錄下其中的最大值即為太陽(yáng)能電池板的“最大開(kāi)路電壓”。2 .太陽(yáng)能電池板短路電流測(cè)試(1)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上按照?qǐng)D1-2連接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。圖1-2太陽(yáng)能電池板短路電流測(cè)試示意圖(2)打開(kāi)“模擬光源控制單元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個(gè)開(kāi)關(guān)。(3)仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的“充電電流表”的值，記錄下其中的最大值即為太陽(yáng)能電池 板的“最大短路電流”。3 .太陽(yáng)能電池板I-V特性測(cè)試(1)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上按照?qǐng)D1-3連接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。圖1-

6、3太陽(yáng)能電池板I-V特性測(cè)試示意圖(2)打開(kāi)“模擬光源控制單元”里面“晨日” 、“午日”、“夕日”中的任意一個(gè)開(kāi)關(guān)。(3)將電阻箱調(diào)節(jié)如下幾組阻值，并記錄下每個(gè)刻度的電壓、電流值于下表1-2中。表1-2太陽(yáng)能電池板I-V特性測(cè)試數(shù)據(jù)記錄表電阻值(歐)010501005001K5K10K電流(mA)電壓(V)(4)根據(jù)表格電壓電流值畫出太陽(yáng)能電池的伏安特性曲線圖，為了更好的描述太陽(yáng)能電池輸出伏安特性曲線，可以再適當(dāng)增加測(cè)試幾組數(shù)據(jù)o4 .太陽(yáng)能電池板的暗伏安特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)(1)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上按照?qǐng)D1-4連接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。圖1-4太陽(yáng)能電池板的暗伏安特性測(cè)試示意圖(2)用遮光板完全遮擋住太陽(yáng)能電池板的表面

7、，將電阻箱的阻值調(diào)節(jié)到50Q o(3)將“可調(diào)穩(wěn)壓電源”的電壓調(diào)至0V,然后逐漸增大輸出電壓，每隔 0.5V記錄一次電流值于下表中。(4)將“可調(diào)穩(wěn)壓電源”的電壓調(diào)至0V,對(duì)調(diào)“可調(diào)穩(wěn)壓電源”輸出接口的紅黑線。即給太陽(yáng)能電池板加反向電壓，逐漸增大反向輸出電壓，每隔0.5V記錄一次電流值于表 1-3中。表1-3太陽(yáng)能電池板的暗伏安特性測(cè)試數(shù)據(jù)記錄表(5)根據(jù)表格電壓電流值畫出太陽(yáng)能電池的暗伏安特性曲線圖。五、注意事項(xiàng)1 .光照方向?qū)怆姵剌敵鲇绊戄^大，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)給予注意。2 .電壓表、電流表的量程必須分別大于太陽(yáng)能電池板的開(kāi)路電壓和短路電流。3 .在繪制功率曲線時(shí)應(yīng)多測(cè)幾組數(shù)據(jù)。4 .實(shí)驗(yàn)結(jié)束后必

8、須拆散電路，整理好儀器。 六、思考題1 .太陽(yáng)能電池的基本特性和主要參數(shù)有哪些？2 .太陽(yáng)能電池在使用時(shí)能否短路？為什么？3 .暗條件下的太陽(yáng)能電池相當(dāng)于電池還是負(fù)載？ 七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量和計(jì)算，繪制相關(guān)的曲線圖，并注意標(biāo)注實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)定的條件。實(shí)驗(yàn)二 太陽(yáng)能電池板的串聯(lián)、并聯(lián)特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .了解太陽(yáng)能電池的串聯(lián)開(kāi)路電壓和短路電流特性。2 .了解太陽(yáng)能電池的并聯(lián)開(kāi)路電壓和短路電流特性。 二、實(shí)驗(yàn)原理太陽(yáng)電池組件則是將太陽(yáng)單體電池進(jìn)行串、并聯(lián)組合而構(gòu)成的一個(gè)整體。 組件的電性能將隨單體電池的串、 并聯(lián)數(shù)量而與單體電池電性能產(chǎn)生量的變化。串聯(lián)時(shí)電流相等，電壓疊加，串

9、聯(lián)后的伏安特性如圖 2-1所示，要提升電壓需要串聯(lián)，缺點(diǎn)是電流值趨向于最小電流 的電池板。圖2-1太陽(yáng)能電池串聯(lián)特性并聯(lián)時(shí)電流疊加，電壓相等并聯(lián)后的伏安特性如圖2-2所示。提高功率一般需要并聯(lián),缺點(diǎn)是電壓趨向于最小電壓的電池板。圖2-2太陽(yáng)能電池并聯(lián)特性電池板的連接方式不是優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)決定的，它是根據(jù)負(fù)載的電壓決定串聯(lián)個(gè)數(shù)，根據(jù)負(fù)載功率決定并聯(lián)個(gè)數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及材料表2-1實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及材料序號(hào)設(shè)備名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量1太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)V-Ets-solar-IV12導(dǎo)線紅線、黑線若寸四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1.太陽(yáng)能電池板的串聯(lián)開(kāi)路電壓測(cè)試(1)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上按照?qǐng)D 2-3連接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。圖

10、2-3太陽(yáng)能電池板的串聯(lián)開(kāi)路電壓測(cè)試示意圖充電電壓表(2)打開(kāi)“模擬光源控制單元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個(gè)開(kāi)關(guān)。(3)仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的“充電電壓表”的值，記錄下其中的最大值即為四塊太陽(yáng)能電池板串聯(lián)的最大“開(kāi)路電壓”2.太陽(yáng)能電池板的串聯(lián)短路電流測(cè)試(1)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上按照?qǐng)D 2-4連接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。充電由流表光伏板C圖2-4太陽(yáng)能電池板的串聯(lián)短路電流測(cè)試示意圖(2)打開(kāi)“模擬光源控制單元”里面“晨日” 、“午日”、“夕日”中的任意一個(gè)開(kāi)關(guān)。(3)仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的“充電電流表”的值，記錄下其中的最大值即為四塊太陽(yáng)能 電池板串聯(lián)的最大“短路電流”。3.太陽(yáng)能電池板的串聯(lián)I-V特性

11、測(cè)試(1)將四塊太陽(yáng)能電池板串聯(lián)后按照以下步驟測(cè)試數(shù)據(jù)。(2)打開(kāi)“模擬光源控制單元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個(gè)開(kāi)關(guān)。(3)將電阻箱調(diào)節(jié)如下幾組阻值，并記錄下每個(gè)刻度的電壓、電流值于表2-2中。表2-2太陽(yáng)能電池板的串聯(lián)I-V特性測(cè)試數(shù)據(jù)記錄表電阻值(歐)010501005001K5K10K電流(mA)電壓(V)(4)根據(jù)表格電壓電流值畫出太陽(yáng)能電池串聯(lián)的伏安特性曲線圖，為了更好的描述太陽(yáng)能電池輸出伏安特性曲線，可以再適當(dāng)增加測(cè)試幾組數(shù)據(jù)o4.太陽(yáng)能電池板的并聯(lián)開(kāi)路電壓測(cè)試(1)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上按照?qǐng)D 2-5連接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。圖2-5太陽(yáng)能電池板的并聯(lián)開(kāi)路電壓測(cè)試示意圖(2)打開(kāi)“模

12、擬光源控制單元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個(gè)開(kāi)關(guān)。(3)仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的“充電電壓表”的值，記錄下其中的最大值即為四塊太陽(yáng)能 電池板并聯(lián)的最大“開(kāi)路電壓”。5.太陽(yáng)能電池板的并聯(lián)短路電流測(cè)試(1)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上按照?qǐng)D 2-6連接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。圖2-6太陽(yáng)能電池板的并聯(lián)短路電流測(cè)試示意圖(2)打開(kāi)“模擬光源控制單元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個(gè)開(kāi)關(guān)。(3)仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的“充電電流表”的值，記錄下其中的最大值即為四塊太陽(yáng)能 電池板并聯(lián)的最大“短路電流”。6.太陽(yáng)能電池板的并聯(lián)I-V特性測(cè)試(1)將四塊太陽(yáng)能電池板并聯(lián)后按照以下步驟測(cè)試數(shù)據(jù)。(2)打開(kāi)“模擬光源控制單

13、元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個(gè)開(kāi)關(guān)。(3)將電阻箱調(diào)節(jié)如下幾組阻值，并記錄下每個(gè)刻度的電壓、電流值于表2-3中。表2-3太陽(yáng)能電池板的并聯(lián)I-V特性測(cè)試數(shù)據(jù)記錄表電阻值(歐)010501005001K5K10K電流(mA)電壓(V)(4)根據(jù)表格電壓電流值畫出太陽(yáng)能電池并聯(lián)后的伏安特性曲線圖，為了更好的描述 太陽(yáng)能電池輸出伏安特性曲線，可以再適當(dāng)增加測(cè)試幾組數(shù)據(jù)。五、注意事項(xiàng)1 .光照方向?qū)怆姵剌敵鲇绊戄^大，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)給予注意。2 .電壓表、電流表的量程必須分別大于太陽(yáng)能電池板的開(kāi)路電壓和短路電流。3 .實(shí)驗(yàn)結(jié)束后必須拆散電路，整理好儀器。六、思考題1 .太陽(yáng)能電池串聯(lián)時(shí)，如

14、果其中一個(gè)太陽(yáng)能電池的光照強(qiáng)度較低，那么輸出的電壓和電 流將如何變化。2 .太陽(yáng)能電池并聯(lián)時(shí)，如果其中一個(gè)太陽(yáng)能電池的光照強(qiáng)度較低，那么輸出的電壓和電 流將如何變化。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量，并注意標(biāo)注實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)定的條件。實(shí)驗(yàn)三負(fù)載特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馓?yáng)能電池板的直接負(fù)載特性二、實(shí)驗(yàn)原理在沒(méi)有光照時(shí)太陽(yáng)能電池可視為一個(gè)理想二極管，在一定的光照下太陽(yáng)能電池的輸出電壓與輸出電流的關(guān)系圖 3-1所示。L'ac/bM. /jjj/pa A20 4D 叩 朋 tg人射光限度/fm幫皿力圖3-1太陽(yáng)能電池輸出電壓與輸出電流的關(guān)系圖當(dāng)輸出端接負(fù)載電阻時(shí)，則有對(duì)應(yīng)的端電壓、負(fù)載

15、電流和輸出功率；負(fù)載電阻不同，對(duì)應(yīng)的端電壓、負(fù)載電流和輸出功率也不同。只有當(dāng)R為某一定值時(shí)，輸出功率最大，這就是最佳負(fù)載電阻，此時(shí)能量轉(zhuǎn)換效率最高。在一些應(yīng)用中，必須考慮最佳負(fù)載電阻的選取。最佳負(fù)載電阻取決于光電池的內(nèi)阻，用測(cè)定最大輸出功率所對(duì)應(yīng)的最佳負(fù)載電阻可得到光電池的內(nèi)阻值，此值一般只有幾十歐姆。最佳負(fù)載電阻的大小和光照面積及入射光強(qiáng)有關(guān)。輸出電壓、輸出電流、輸出功率與負(fù)載電阻的關(guān)系如圖3-2所示。V自i信出壬舞100200300400500負(fù)戮電阻/n圖3-2輸出電壓、輸出電流、輸出功率與負(fù)載電阻的關(guān)系圖 定光照條件下光電池的伏安特性曲線如圖3-3所示。VE;5V圖3-3 一定光照條件

16、下光電池的伏安特性曲線 三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及材料1.載特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)(1)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上按照?qǐng)D 3-4連接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。圖3-4載特性測(cè)試示意圖表3-1實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及材料序號(hào)設(shè)備名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量1太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)V-Ets-solar-IV12導(dǎo)線紅線、黑線四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟(2)打開(kāi)“模擬光源控制單元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個(gè)開(kāi)關(guān)。(3)仔細(xì)觀察“充電電流表”和“充電電壓表”的數(shù)值記錄于下表中，并計(jì)算出每種 直流負(fù)載的功率。(4)斷開(kāi)DC12V風(fēng)扇的兩根電源線，分別接入蜂鳴器、電機(jī)、交通燈、LED燈等不同的負(fù)載，觀察“充電電流表”和“充電電壓表”的數(shù)值記錄于下表中，并計(jì)

17、算出每種直流 負(fù)載的功率。表3-2載特性測(cè)試記錄表12V直流負(fù)載風(fēng)扇蜂鳴器電機(jī)交通燈LED燈電流(mA)電壓(V)功率W2.太陽(yáng)能電池板最大輸出功率計(jì)算 熟練掌握最大輸出功率公式如下：Pmax=Vmax x Imax(2)將實(shí)驗(yàn)表格中的電壓數(shù)據(jù)乘以電流數(shù)據(jù)再除以1000,得出最大數(shù)據(jù)即為太陽(yáng)能電池板的最大輸出功率。(3)根據(jù)表格電壓電流值畫出太陽(yáng)能電池的最大輸出功率曲線圖。3 .太陽(yáng)能電池組件輸出特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)(1)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上按照?qǐng)D 3-5連接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。圖3-5太陽(yáng)能電池組件輸出特性測(cè)試示意圖(2)打開(kāi)“模擬光源控制單元”里面“晨日” 、“午日”、“夕日”中的任意一個(gè)開(kāi)關(guān)。(3)將電阻箱調(diào)節(jié)如

18、下幾組阻值，并記錄下每個(gè)刻度的電壓、電流值于表3-3中。表3-3太陽(yáng)能電池組件輸出特性測(cè)試記錄表電阻值(歐)0501002005001K5K10K電流(mA)電壓(V)功率mW(4)根據(jù)表格電壓電流值計(jì)算出電池板的輸出功率。4 .太陽(yáng)能可變阻抗負(fù)載實(shí)驗(yàn)(1) 了解太陽(yáng)能電池的電流一電壓特性。(2) 了解太陽(yáng)能電池板的伏安特性曲線概念(1)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上按照?qǐng)D 3-6連接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。linen noT'圖3-6太陽(yáng)能可變阻抗負(fù)載測(cè)試示意圖(2)打開(kāi)“模擬光源控制單元”里面“晨日” 、“午日”、“夕日”中的任意一個(gè)開(kāi)關(guān)。(3)將電阻箱調(diào)節(jié)如下幾組阻值，并記錄下每個(gè)刻度的電壓、電流值于表3-4中。

19、表3-4太陽(yáng)能可變阻抗負(fù)載測(cè)試記錄表電阻值(歐)501002005001K5K10K電流(mA)電壓(V)功率(W)(4)表格中的功率最大值即為太陽(yáng)能電池板的最大輸出功率。 五、注意事項(xiàng)1 .光照方向?qū)怆姵剌敵鲇绊戄^大，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)給予注意。2 .電壓表、電流表的量程必須分別大于太陽(yáng)能電池板的開(kāi)路電壓和短路電流。3 .實(shí)驗(yàn)結(jié)束后必須拆散電路，整理好儀器。六、思考題1 .負(fù)載電阻對(duì)太陽(yáng)能電池的輸出特性有何影響？2 .什么是最佳負(fù)載電阻？七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量和計(jì)算，并注意標(biāo)注實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)定的條件。實(shí)驗(yàn)四 環(huán)境對(duì)太陽(yáng)能電池光伏轉(zhuǎn)換的影響實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .了解影響太陽(yáng)能電池發(fā)電的環(huán)境因

20、素2 .掌握光強(qiáng)對(duì)能量轉(zhuǎn)換的影響3 .掌握溫度對(duì)能量轉(zhuǎn)換的影響二、實(shí)驗(yàn)原理溫度因素也影響著太陽(yáng)能電池的性能。 當(dāng)溫度升高時(shí)其開(kāi)路電壓下降呈線性關(guān)系。 不同 的材料的太陽(yáng)能電池， 都有著自己的工作溫度范圍。 而對(duì)于某一個(gè)太陽(yáng)能電池來(lái)講， 在不同 的溫度時(shí)，為得到最大的輸出功率所需的最佳負(fù)載也不同。陽(yáng)能電池并不能把任何一種光都同樣地轉(zhuǎn)換成電。例如：通常紅光轉(zhuǎn)變?yōu)殡姷谋壤c藍(lán)光轉(zhuǎn)變?yōu)殡姷谋壤遣煌?。由于光的顏色（波長(zhǎng)）不同，轉(zhuǎn)變?yōu)殡姷谋壤膊煌@種特性稱為光譜特性。光譜特性通常用收集效率來(lái)表示；所謂收集效率就是用百分?jǐn)?shù) （）來(lái)表示一單位的光（一個(gè)光子）入射到太陽(yáng)能電池上，產(chǎn)生多少電子（和空穴）。

21、一般而言，一個(gè)光子產(chǎn)生的電子（和空穴）數(shù)目是小于1的。光譜特性的測(cè)量是用一定強(qiáng)度的單色光照射太陽(yáng)能電池， 測(cè)量此時(shí)電池的短路電流，然后依次改變單色光的波長(zhǎng)，再重復(fù)測(cè)量以得到在各個(gè)波長(zhǎng)下的短路電流，即反映了電池的光譜特性。對(duì)于太陽(yáng)能電池而言在相同的溫度下，更高的光照強(qiáng)度增強(qiáng)產(chǎn)生的電流也就越大，但不同的光照強(qiáng)度對(duì)電壓的變化影響很小。相同日照強(qiáng)度下， 溫度變化對(duì)I-V曲線的影響非常有I太陽(yáng)能電池在日照下能把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，但是具體能轉(zhuǎn)化多少電能不僅取決于其自身的材料并且受跟于客觀條件。三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及材料表4-1實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及材料序號(hào)設(shè)備名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量1太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)V-Ets-

22、solar-IV12遮光板白、黃、紅、紫每種各1塊13照度計(jì)14導(dǎo)線紅線、黑線君葉四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1 .太陽(yáng)能電池板開(kāi)路電壓與相對(duì)光強(qiáng)的函數(shù)關(guān)系 （1）在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上按照?qǐng)D 4-1連接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。圖4-1太陽(yáng)能電池板開(kāi)路電壓與相對(duì)光強(qiáng)的函數(shù)關(guān)系測(cè)試示意圖（2）在暗箱中（用遮光罩擋光），打開(kāi)“模擬光源控制單元”里面“晨日”開(kāi)關(guān)，取水 平距離光強(qiáng)作為標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度，開(kāi)啟觸摸屏的電源開(kāi)關(guān)， 從實(shí)驗(yàn)臺(tái)中的觸摸屏的右下角讀出電池板的光照強(qiáng)度 J和“充電電壓表”的電壓值記錄于下表；（3）打開(kāi)“模擬光源控制單元”里面“午日”開(kāi)關(guān)，關(guān)閉“跟蹤系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān)”，從實(shí)驗(yàn)臺(tái)中的觸摸屏的右下角讀出電池板的光照強(qiáng)度J0和“充

23、電電壓表”的電壓值記錄于下表；（4）打開(kāi)“模擬光源控制單元”里面“夕日”開(kāi)關(guān)，關(guān)閉“跟蹤系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān)”，從實(shí)驗(yàn)臺(tái)中的觸摸屏的右下角讀出電池板的光照強(qiáng)度J1和“充電電壓表”的電壓值記錄表 4-2中；表4-2太陽(yáng)能電池板開(kāi)路電壓與相對(duì)光強(qiáng)的函數(shù)關(guān)系測(cè)試數(shù)據(jù)記錄表模擬光源晨日光功率(W)光照度(LUX )短路電流(Isc)午日夕日J(rèn)(5)比較太陽(yáng)能電池接收到相對(duì)光強(qiáng)度/J0不同值時(shí)，求出開(kāi)路電壓(Voc)與相對(duì)光強(qiáng)度J/J0之間近似函數(shù)關(guān)系。2 .太陽(yáng)能電池板短路電流與相對(duì)光強(qiáng)的函數(shù)關(guān)系 (1)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上按照?qǐng)D 4-2連接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。W0CM紅線I充電電流表圖4-2太陽(yáng)能電池板短路電流與相對(duì)光強(qiáng)的函

24、數(shù)關(guān)系測(cè)試示意圖(2)在暗箱中(用遮光罩擋光)，打開(kāi)“模擬光源控制單元”里面“晨日”開(kāi)關(guān)，取水 平距離光強(qiáng)作為標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度，開(kāi)啟觸摸屏的電源開(kāi)關(guān)， 從實(shí)驗(yàn)臺(tái)中的觸摸屏右下角讀出電池板的光照強(qiáng)度J和“充電電流表”的電流值記錄于下表；(3)打開(kāi)“模擬光源控制單元”里面“午日”開(kāi)關(guān)，關(guān)閉“跟蹤系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān)”，從實(shí)驗(yàn)臺(tái)中的觸摸屏右下角讀出電池板的光照強(qiáng)度J0和“充電電流表”的電流值記錄于下表；(4)打開(kāi)“模擬光源控制單元”里面“夕日”開(kāi)關(guān)，關(guān)閉“跟蹤系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān)”，從實(shí)驗(yàn)臺(tái)中的觸摸屏右下角讀出電池板的光照強(qiáng)度J1和“充電電流表”的電流值記錄表4-3中;J(5)比較太陽(yáng)能電池接收到相對(duì)光強(qiáng)度/Jo不同值

25、時(shí)，求出開(kāi)路電壓(Isc)與相對(duì)光強(qiáng)度J/J0之間近似函數(shù)關(guān)系。表4-3太陽(yáng)能電池板短路電流與相對(duì)光強(qiáng)的函數(shù)關(guān)系測(cè)試記錄表模擬光源晨日午日夕日光功率(W)光照度(LUX )短路電流mA (Isc)3.太陽(yáng)能電池功率與相對(duì)光強(qiáng)的函數(shù)關(guān)系(1)連接好模型和實(shí)驗(yàn)箱之間的三根電纜線。(2)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上按照?qǐng)D 4-3連接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。圖4-3太陽(yáng)能電池功率與相對(duì)光強(qiáng)的函數(shù)關(guān)系測(cè)試示意圖(3)將“充電電壓表”調(diào)節(jié)至“ DC200mA ”檔，將“充電電壓表”調(diào)節(jié)至“ DC20V ”(4)打開(kāi)實(shí)驗(yàn)箱左下角的“總電源”開(kāi)關(guān)，順時(shí)針扭動(dòng)開(kāi)啟“光源”里面右邊的旋鈕開(kāi)關(guān)。(5)將太陽(yáng)能電池板固定在某一刻度，記錄下此時(shí)的電

26、流、電壓值。用手擋住燈光，再記錄下此時(shí)的電流、電壓值與之前對(duì)比。這就證明光照度對(duì)光伏轉(zhuǎn)換的影響。(6)用照度計(jì)測(cè)量每個(gè)距離下的光強(qiáng)值和實(shí)驗(yàn)箱中的溫度表的溫度值記錄在表4-4中。表4-4用照度計(jì)測(cè)量的數(shù)據(jù)記錄表品巨離(cm)8070605040302010光照度(LUX )溫度(C)電流(mA)電壓(V)4.太陽(yáng)能電池光譜特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)(1)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上按照?qǐng)D 4-4連接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。圖4-4太陽(yáng)能電池光譜特性測(cè)試示意圖(2)打開(kāi)“模擬光源控制單元”里面“晨日” 、“午日”、“夕日”中的任意一個(gè)開(kāi)關(guān)。(3)用自備的不同顏色遮光板擋住其中一塊電池板或遮住投光燈，更換不同顏色的遮光板，觀察電流、電壓表的數(shù)

27、值并記錄于表4-5中。(4)計(jì)算出每種遮光板擋住光源后的功率，并與不用遮光板的功率進(jìn)行對(duì)比。表4-5太陽(yáng)能電池光譜特性測(cè)試數(shù)據(jù)記錄表遮光板無(wú)遮光板白板紅板黃板紫板電流(mA)電壓(V)功率mW五、注意事項(xiàng)1.光照方向?qū)怆姵剌敵鲇绊戄^大，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)給予注意。2.電壓表、電流表的量程必須分別大于太陽(yáng)能電池板的開(kāi)路電壓和短路電流。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后必須拆散電路，整理好儀器。六、思考題1 .什么溫度條件下有利于太陽(yáng)能發(fā)電？2 .哪種單色光太陽(yáng)能電池板的輸出功率最大？七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求(1)設(shè)計(jì)不同環(huán)境，改變太陽(yáng)能電池板的光強(qiáng)和溫度，在變化的環(huán)境下測(cè)量其電流、 電壓和輸出功率。(2)找出影響太陽(yáng)能板光伏轉(zhuǎn)換的

28、環(huán)境因素，并定性說(shuō)明和定量測(cè)量。(3)在不同光強(qiáng)和溫度下，繪制電流一電壓曲線。實(shí)驗(yàn)五 太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)換效率測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .了解太陽(yáng)能電池板的轉(zhuǎn)換效率特性。2 .了解電池板的轉(zhuǎn)換效率 Y s(%)概念。3 .了解太陽(yáng)能電池板的轉(zhuǎn)換效率。 二、實(shí)驗(yàn)原理1 .太陽(yáng)能電池板的轉(zhuǎn)換效率太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率(")指在外部回路上連接最佳負(fù)載電阻時(shí)的最大能量轉(zhuǎn)換效率， 等于太陽(yáng)能電池的輸出功率與入射到太陽(yáng)能電池表面的能量之比。采用一定功率密度的太陽(yáng)光照射電池，電池吸收光子以后會(huì)激發(fā)材料產(chǎn)生載流子，對(duì)電池性能有貢獻(xiàn)的載流子最終要被電極收集，自然在收集的同時(shí)會(huì)伴有電流、電壓特性，也就是對(duì)應(yīng)一個(gè)

29、輸出功率，那么， 用產(chǎn)生的這個(gè)功率除以入射光的功率就是轉(zhuǎn)換效率。效率用"表示。2 .填充因子(FF )太陽(yáng)能電池的另一個(gè)重要參數(shù)是填充因子FF , FF是衡量太陽(yáng)能電池輸出特性的重要指標(biāo)，是代表太陽(yáng)能電池在帶最佳負(fù)載時(shí)，能輸出的最大功率的特性，其值越大表示太陽(yáng)能電池的輸出功率越大，F(xiàn)F的值始終小于1,它是最大輸出功率與開(kāi)路電壓和短路電流乘積三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及材料表5-1實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及材料序號(hào)設(shè)備名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量1太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)V-Ets-solar-IV12導(dǎo)線紅線、黑線四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1 .太陽(yáng)能電池板填充因子計(jì)算(1)熟練掌握太陽(yáng)能電池板的填充因子公式如下:Pma

30、xF - F=錯(cuò)誤！未指定書(shū)簽。Vocx Isc(2)(3)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入上公式中，計(jì)算出電池板的填充因子。填充因子是表征太陽(yáng)能電池板的性能優(yōu)劣的重要參數(shù)。其值越大，電池的光電轉(zhuǎn)換效率越高，一般的硅光電池F - F值在0.75-0.8之間。2 .串聯(lián)電阻對(duì)填充因子的影響測(cè)試(1)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上按照?qǐng)D 5-1連接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。電阻箱充電電流表+圖5-1串聯(lián)電阻對(duì)填充因子的影響測(cè)試示意圖充電電壓表(2)打開(kāi)“模擬光源控制單元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一個(gè)開(kāi)關(guān)。(3)將電阻箱調(diào)節(jié)如下幾組阻值，并記錄下每個(gè)刻度的電壓、電流值于表5-2中。(4)根據(jù)表格電壓電流值計(jì)算出電池板的輸出功率填入表5

31、-2中，并對(duì)電阻箱值為“0”時(shí)的功率進(jìn)行比較。分析串聯(lián)電阻對(duì)填充因子的影響。(1)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上按照?qǐng)D 5-2連接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。圖5-2并聯(lián)電阻對(duì)填充因子的影響測(cè)試示意圖(2)打開(kāi)“模擬光源控制單元”里面“晨日” 、“午日”、“夕日”中的任意一個(gè)開(kāi)關(guān)。(3)將電阻箱調(diào)節(jié)如下幾組阻值，并記錄下每個(gè)刻度的電壓、電流值于表5-3中。(4)根據(jù)表格電壓電流值計(jì)算出電池板的輸出功率填入表5-3中，并對(duì)電阻箱值為“0”時(shí)的功率進(jìn)行比較。分析并聯(lián)電阻對(duì)填充因子的影響。表5-2串聯(lián)電阻對(duì)填充因子的影響測(cè)試數(shù)據(jù)記錄表電阻值(歐)010501005001K5K10K電流(mA)電壓(V)輸出功率mW3.并聯(lián)電阻對(duì)填充因

32、子的影響測(cè)試表5-3并聯(lián)電阻對(duì)填充因子的影響測(cè)試數(shù)據(jù)記錄表電阻值(歐)010501005001K5K10K電流(mA)電壓(V)輸出功率mW(1)掌握太陽(yáng)能電池板的轉(zhuǎn)換效率公式如下:Pmax Ys(%)=-p x 100%(2)公式中Pmax為太陽(yáng)能電池板的最大輸出功率，Pin為入射到太陽(yáng)能電池板表面的光功率。其中Pin要自備光功率計(jì)才能測(cè)得。24.7%,(3)單晶硅的轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在實(shí)驗(yàn)室里最高的轉(zhuǎn)換效率為 規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)換效率在 15%左右。(4)理論分析及實(shí)驗(yàn)表明，在不同的光照條件下，短路電流隨入射光功率線性增長(zhǎng)。而開(kāi)路電壓在入射光功率增加時(shí)只略微增加，如圖5-3所示；V

33、KlxAWm-NxO/nr4(X)W7m圖5-3不同的光照條件下開(kāi)路電壓隨入射光功率增加曲線圖五、注意事項(xiàng)1 .光照方向?qū)怆姵剌敵鲇绊戄^大，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)給予注意。2 .電壓表、電流表的量程必須分別大于太陽(yáng)能電池板的開(kāi)路電壓和短路電流。3 .實(shí)驗(yàn)結(jié)束后必須拆散電路，整理好儀器。六、思考題1 .如何計(jì)算太陽(yáng)能電池板光電轉(zhuǎn)換效率？2 .如何提高太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)換效率？七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量和計(jì)算，并注意標(biāo)注實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)定的條件。實(shí)驗(yàn)六 太陽(yáng)能應(yīng)用實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .了解太陽(yáng)能光伏板充電在實(shí)際中的應(yīng)用方面。2 .總結(jié)出太陽(yáng)能光伏板充電的優(yōu)缺點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)原理太陽(yáng)能的應(yīng)用范圍很廣泛，除了可以直

34、接驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載以外，還可以通過(guò)逆變輸出到市電網(wǎng)絡(luò)，或者驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載。太陽(yáng)能廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域：1 .用戶太陽(yáng)能電源：(1)小型電源10-100W不等，用于邊遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機(jī)等；(2)3-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；(3)光伏水泵：解決無(wú)電地區(qū)的深水井飲用、灌溉。2 .交通領(lǐng)域：如航標(biāo)燈、交通/鐵路信號(hào)燈、交通警示/標(biāo)志燈、宇翔路燈、高空障礙燈、 高速公路/鐵路無(wú)線電話亭、無(wú)人值守道班供電等。3 .通訊/通信領(lǐng)域：太陽(yáng)能無(wú)人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng)農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)、士兵GPS供電等。4 .太陽(yáng)能

35、建筑：將太陽(yáng)能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合，使得未來(lái)的大型建筑實(shí)現(xiàn)電力自給， 是未來(lái)一大發(fā)展方向。5 .家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營(yíng)燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠 燈、節(jié)能燈等。6 .光伏電站：10KW-50MW 獨(dú)立光伏電站、風(fēng)光(柴)互補(bǔ)電站、各種大型停車廠充電站7 .其他領(lǐng)域包括：(1)與汽車配套：太陽(yáng)能汽車 /電動(dòng)車、電池充電設(shè)備、汽車空調(diào)、換 氣扇、冷飲箱等；(2)太陽(yáng)能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng)；(3)海水淡化設(shè)備供電；(4)衛(wèi)星、航天器、空間太陽(yáng)能電站等。三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及材料表6-1實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及材料序號(hào)設(shè)備名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量1太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)V-Ets-s

36、olar-IV12:導(dǎo)線紅線、黑線四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1 .太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載實(shí)驗(yàn)(1)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上按照?qǐng)D 6-1連接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。光伏型控制器圖6-1太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載實(shí)驗(yàn)示意圖(2)將A、B、C、D四塊光伏板并聯(lián)連接于電路中。(3)按一下控制器有上角的“控制設(shè)置”按鈕。此時(shí)風(fēng)扇在轉(zhuǎn)動(dòng)。(4)將充電電流、充電電壓和負(fù)載電流、負(fù)載電壓表的數(shù)值記錄于表6-2中。(5)計(jì)算一下光伏板的輸入功率和控制器的輸出功率。表6-2充電電流、充電電壓和負(fù)載電流、負(fù)載電壓表的數(shù)值記錄表充電電流（mA）充電電壓（V）輸入功率（W）負(fù)載電流（mA）負(fù)載電壓（V）輸出功率（W）2.太陽(yáng)能電池直接充電（1）在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上按照?qǐng)D

37、6-2連接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。充電電流表充電電壓表圖6-2太陽(yáng)能電池直接充電示意圖（2）將A、B、C、D四塊光伏板并聯(lián)連接于電路中。（3）按一下控制器有上角的“控制設(shè)置”按鈕。此時(shí)風(fēng)扇在轉(zhuǎn)動(dòng)。（4）將充電電流、充電電壓的數(shù)值記錄于表6-3中，計(jì)算一下光伏板的輸入功率。表6-3太陽(yáng)能電池直接充電數(shù)據(jù)記錄表充電電流（mA）充電電壓（V）（5）關(guān)閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的模擬光源（投光燈），注意觀察充電電流、電壓表的數(shù)據(jù)變化。并與上表的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。（電流反向，變?yōu)樨?fù)）（6）試說(shuō)明太陽(yáng)能直接充電的缺點(diǎn)。3.太陽(yáng)能路燈充電測(cè)試實(shí)驗(yàn)（1）在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上按照?qǐng)D 6-3連接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。圖6-3太陽(yáng)能路燈充電測(cè)試實(shí)驗(yàn)(2)將A、B、C

38、、D四塊光伏板并聯(lián)連接于電路中。(3)按一下控制器有上角的“控制設(shè)置”按鈕。此時(shí)風(fēng)扇在轉(zhuǎn)動(dòng)。(4)將充電電流、充電電壓的數(shù)值記錄于表6-4中。(5)計(jì)算一下光伏板的輸入功率。表6-4太陽(yáng)能路燈充電測(cè)試數(shù)據(jù)記錄表充電電流(mA)充電電壓(V)輸入功率(W)五、注意事項(xiàng)1 .光照方向?qū)怆姵剌敵鲇绊戄^大，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)給予注意。2 .電壓表、電流表的量程必須分別大于太陽(yáng)能電池板的開(kāi)路電壓和短路電流。3 .實(shí)驗(yàn)結(jié)束后必須拆散電路，整理好儀器。六、思考題太陽(yáng)能電池板在什么情況下回給蓄電池充電？七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量和計(jì)算，并注意標(biāo)注實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)定的條件。實(shí)驗(yàn)七 太陽(yáng)能光控跟蹤實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

39、 .了解太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的工作原理。2 .熟練掌握跟蹤系統(tǒng)的使用操作方法。3 .了解太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理。4 .了解太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)在應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)。 二、實(shí)驗(yàn)原理隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類所面臨的能源問(wèn)題越來(lái)越突出，太陽(yáng)能作為一種清潔能源，無(wú)疑受到各國(guó)的普遍重視。在相同條件下，光照強(qiáng)度越大，太陽(yáng)能電池輸出功率越大。 因而增大太陽(yáng)能電池受光面的光照強(qiáng)度，就可增大太陽(yáng)能電池輸出功率。除了提高太陽(yáng)光電池本身的轉(zhuǎn)換效應(yīng)和提高蓄電池充放電效應(yīng)外，對(duì)太陽(yáng)的自動(dòng)跟蹤是太陽(yáng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中另一種提高轉(zhuǎn)換效率的有效手段。因此，在太陽(yáng)能的利用過(guò)程中， 實(shí)施太陽(yáng)跟蹤是很有必要的。對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行跟蹤的方法很多，

40、但不外乎為采用確定太陽(yáng)位置所用的兩種坐標(biāo)系統(tǒng)，即赤道坐標(biāo)系和地平坐標(biāo)系， 并分為雙軸跟蹤和單軸跟蹤。單軸跟蹤已在很多文獻(xiàn)作了介紹，本文要討論的為雙軸跟蹤。為了敘述方便，在以后的陳述中將兩種坐標(biāo)系下的整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)稱為 太陽(yáng)能板。系統(tǒng)采用在地平坐標(biāo)系下的太陽(yáng)跟蹤及程序跟蹤和傳感器跟蹤相結(jié)合的控制方式，即采用程序控制，利用光學(xué)傳感器對(duì)太陽(yáng)能板做自動(dòng)定位和誤差校正，而通過(guò)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)利用時(shí)鐘提供的日期和時(shí)間，計(jì)算出太陽(yáng)能板的預(yù)期位置， 與編碼器提供的當(dāng)前位置比較，輸出控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)單片機(jī)提供的信號(hào)控制俯仰角電機(jī)和方位角 電機(jī)使太陽(yáng)能板運(yùn)行至太陽(yáng)垂直照射點(diǎn)，從而進(jìn)行跟蹤。傳感器

41、在太陽(yáng)能板位置出現(xiàn)誤差時(shí)進(jìn)行校正。系統(tǒng)由時(shí)鐘、單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)裝置、編碼器、太陽(yáng)能板和傳感器6部分組成。系統(tǒng)的核心部件是傳感器和單片機(jī)。太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)原理見(jiàn)圖7-1所示。的片機(jī)太陽(yáng)船板圖7-1太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)原理框圖本控制系統(tǒng)中所采用光電傳感器為6塊相同的硅光電池，其中4塊用來(lái)制作四象限硅光電池，進(jìn)行誤差校正。 2塊作為判斷光照強(qiáng)弱的信號(hào)輸出傳感器。太陽(yáng)跟蹤傳感器是本系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。為了保證太陽(yáng)能板的受光面始終與太陽(yáng)光線保持垂直而不發(fā)生偏離，采用特制的四象限硅光電池作為太陽(yáng)跟蹤誤差校正用傳感器。啊象限碟光電港太陽(yáng)*位林風(fēng) 方銘用圖7-2光強(qiáng)信號(hào)傳感器示意圖如圖7-2所示為四象限跟蹤太陽(yáng)傳感器原理圖。當(dāng)光

42、軸對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)時(shí)， 光斑的中心在光軸上。四個(gè)象限接收到相同的光功率，輸出相同的電壓信號(hào)。當(dāng)光軸未對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)時(shí)即太陽(yáng)光與光軸成一角度0時(shí)，光線經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)照射到四象限光電池上形成的光斑必然發(fā)生偏移即(x WO, ywO)由于各象限的光功率與各象限的光斑面積成正比，每個(gè)象限被光斑覆蓋的面積不同，因此各象限光電池產(chǎn)生的電壓不盡相同。根據(jù)上述將Vx, Vy進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后送入單片機(jī)。單片機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)設(shè)備可控制俯仰角電機(jī)和方位角電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到Vx=Vy=O ,即x=O, y=O,則表明系統(tǒng)光軸已經(jīng)對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，根據(jù)以上原理即可對(duì)太陽(yáng)能板位置誤差進(jìn)行 校正。判斷光強(qiáng)信號(hào)傳感器由兩塊光電池組成，一塊接受太陽(yáng)輻射， 另外

43、一塊受光面背光。 如圖所示，前一塊光電池的作用是：判斷太陽(yáng)直射輻射的強(qiáng)度，在直射輻射較弱時(shí)不啟動(dòng)跟蹤 程序，從而避免多云天氣的盲目跟蹤。后一塊光電池的作用是當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間陰天或多云轉(zhuǎn)晴后太陽(yáng)重新出現(xiàn)時(shí)，判斷太陽(yáng)直射輻射的強(qiáng)度，來(lái)決定是否啟動(dòng)跟蹤程序。三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及材料表7-1實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及材料序號(hào)設(shè)備名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量1太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)V-Ets-solar-IV12導(dǎo)線紅線、黑線5四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟(1)連接好實(shí)驗(yàn)臺(tái)與跟蹤系統(tǒng)之間的三根連接線。(2)打開(kāi)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的總電源開(kāi)關(guān)和順時(shí)針扭動(dòng)急停開(kāi)關(guān)，使儀表等都能點(diǎn)亮。(3)按一下跟蹤系統(tǒng)的電源開(kāi)關(guān)，使跟蹤系統(tǒng)有正常的電源供電。(4)開(kāi)啟模擬

44、光源三個(gè)中的“晨日”開(kāi)關(guān)，注意觀察，跟蹤系統(tǒng)上的光伏板向開(kāi)啟的 光源方向轉(zhuǎn)動(dòng)。直到跟蹤能接受到最強(qiáng)的光照后自動(dòng)停止。(5)再開(kāi)啟模擬光源三個(gè)中的“午日”開(kāi)關(guān)，注意觀察，跟蹤系統(tǒng)上的光伏板向開(kāi)啟 的光源方向轉(zhuǎn)動(dòng)。直到跟蹤能接受到最強(qiáng)的光照后自動(dòng)停止。(6)最后開(kāi)啟模擬光源三個(gè)中的“夕日”開(kāi)關(guān)，注意觀察，跟蹤系統(tǒng)上的光伏板向開(kāi) 啟的光源方向轉(zhuǎn)動(dòng)。直到跟蹤能接受到最強(qiáng)的光照后自動(dòng)停止。(7)用手部分擋住四塊電池板中間黑色傳感器，試看四塊電池板能否還能找到投光燈。五、注意事項(xiàng)1 .光照方向?qū)怆姵剌敵鲇绊戄^大，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)給予注意。2 .電壓表、電流表的量程必須分別大于太陽(yáng)能電池板的開(kāi)路電壓和短路電流。3

45、 .處于跟蹤模式時(shí)，不允許所有的燈都關(guān)閉，可以“晨日”、“午日”、“夕日”都打開(kāi),也可以打開(kāi)其中兩個(gè)。4 .實(shí)驗(yàn)結(jié)束后必須拆散電路，整理好儀器。六、思考題1 .采用跟蹤系統(tǒng)有什么好處？2 .自動(dòng)跟蹤的原理是什么？七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求(1)設(shè)計(jì)不同環(huán)境，改變太陽(yáng)能電池板的光強(qiáng)和溫度，在變化的環(huán)境下測(cè)量其電流、 電壓和輸出功率。(2)找出影響太陽(yáng)能板光伏轉(zhuǎn)換的環(huán)境因素，并定性說(shuō)明和定量測(cè)量。(3)在不同光強(qiáng)和溫度下，繪制電流一電壓曲線。實(shí)驗(yàn)八 太陽(yáng)能蓄電池充放電控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .認(rèn)識(shí)蓄電池的性能指標(biāo)。2 .掌握太陽(yáng)能蓄電池充、放電監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)的導(dǎo)線連接方法。3 .總結(jié)太陽(yáng)能蓄電池充、放電監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)的

46、優(yōu)缺點(diǎn)。 二、實(shí)驗(yàn)原理1 .鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)鉛酸蓄電池主要由正極板組、負(fù)極板組、隔板、容器、電解液及附件等部分組成。極板組是由單片極板組合而成，單片極板又由基極（又叫極柵）和活性物質(zhì)構(gòu)成。鉛酸蓄電池的正負(fù)極板常用鉛睇合金制成，正極的活性物是二氧化鉛，負(fù)極的活性物質(zhì)是海綿狀純鉛。電解液是用蒸儲(chǔ)水稀釋純濃硫酸而成。其比重視電池的使用方式和極板種類而定，一般在1.200 1.300（25C）之間（充電后）。容器通常為玻璃容器、襯鉛木槽、硬橡膠槽或塑料槽 等。2 .鉛酸蓄電池的工作原理蓄電池是通過(guò)充電將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能貯存起來(lái)，使用時(shí)再將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能釋放出來(lái)的化學(xué)電源裝置。 它是用兩個(gè)分離的電極浸

47、在電解質(zhì)中而成。由還原物質(zhì)構(gòu)成的電極為負(fù)極。由氧化態(tài)物質(zhì)構(gòu)成的電極為正極。以酸性溶液（常用硫酸溶液）作為電解質(zhì)的蓄電池，稱為酸性蓄電池。鉛酸蓄電池視使用場(chǎng)地，又可分為固定式和移動(dòng)式兩大類。鉛酸蓄電池單體的標(biāo)稱電壓為2V。實(shí)際上，電池的端電壓隨充電和放電的過(guò)程而變化。鉛酸蓄電池在充電終止后， 端電壓很快下降至 2.3伏左右。放電終止電壓為1.71.8伏。 若再繼續(xù)放電，電壓急劇下降，將影響電池的壽命。 鉛酸蓄電池的使用溫度范圍為+ 40C- 40C。鉛酸蓄電池的安時(shí)效率為 85%90%,瓦時(shí)效率為70%,它們隨放電率和溫度而改以酸性溶液（常用硫酸溶液）作為電解質(zhì)的蓄電池，稱為酸性蓄電池。鉛酸蓄電

48、池視使用場(chǎng)地，又可分為固定式和移動(dòng)式兩大類。鉛酸蓄電池單體的標(biāo)稱電壓為2V。實(shí)際上，電池的端電壓隨充電和放電的過(guò)程而變化。3 .蓄電池的電壓鉛酸蓄電池在充電終止后， 端電壓很快下降至 2.3伏左右。放電終止電壓為1.71.8伏。 若再繼續(xù)放電，電壓急劇下降，將影響電池的壽命。 鉛酸蓄電池的使用溫度范圍為+ 40C- -40 C o鉛酸蓄電池的安時(shí)效率為 85%-90%,瓦時(shí)效率為70%,它們隨放電率和溫度而改4 .蓄電池的容量鉛酸蓄電池的容量是指電池蓄電的能力，通常以充足電后的蓄電池放電至端電壓到達(dá)規(guī)定放電終了電壓時(shí)電池所放出的總電量來(lái)表示。在放電電流為定值時(shí)， 電池的容量用放電電流和時(shí)間的乘

49、積來(lái)表示，單位是安培小時(shí)，簡(jiǎn)稱安時(shí)。蓄電池的 標(biāo)稱容量”是在蓄電池出廠時(shí)規(guī)定的該蓄電池在一定的放電電流及一定的電 解液溫度下單格電池的電壓降到規(guī)定值時(shí)所能提供的電量。蓄電池的放電電流常用放電時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)表示（即放電速度），稱為 放電率”，如30、20、10小時(shí)率等。其中以 20小時(shí)率為正常放電率。所謂 20小時(shí)放電率，表示用一定的電流放 電，20小時(shí)可以放出的額定容量。通常額定容量用字母"C"表示。因而C20表示20小時(shí)放電率，C30表示30小時(shí)放電率。5 .蓄電池的型號(hào)鉛酸蓄電池的型號(hào)由三個(gè)部分組成：第一部分表示串聯(lián)的單體電池個(gè)數(shù)；第二部分用漢 語(yǔ)拼音字母表示的電池類型和

50、特征；第三部分表示20小時(shí)率干荷電式（C20）的額定容量。例如"6-A-60”型蓄電池，表示 6個(gè)單格（即12伏）的干荷電式鉛酸蓄電池，標(biāo)稱容量為60安時(shí)。蓄電池標(biāo)稱電壓：12V。蓄電池充滿電壓：14.8V;充滿恢復(fù)電壓：13.5V。蓄電池過(guò)放電壓：10.8V;過(guò)放恢復(fù)電壓：13V。輸出電壓：10.8-14.8V額定輸出電流：5A。三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及材料表8-1實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及材料序號(hào)設(shè)備名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量1太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)V-Ets-solar-IV12導(dǎo)線紅線、黑線四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1.太陽(yáng)能電池直接充電(1)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上按照?qǐng)D 8-1連接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。充電電流表充電電壓表圖

51、8-1太陽(yáng)能電池直接充電測(cè)試示意圖(2)將A、B、C、D四塊光伏板并聯(lián)連接于電路中。(3)按一下控制器有上角的“控制設(shè)置”按鈕。此時(shí)風(fēng)扇在轉(zhuǎn)動(dòng)。(4)將充電電流、充電電壓的數(shù)值記錄于下表，計(jì)算一下光伏板的輸入功率。表8-2太陽(yáng)能電池直接充電測(cè)試數(shù)據(jù)記錄表充電電流(mA)充電電壓(V)輸入功率(mW)(5)關(guān)閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的模擬光源(投光燈)，注意觀察充電電流、電壓表的數(shù)據(jù)變化。并與上表的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。(電流反向，變?yōu)樨?fù))(6)試說(shuō)明太陽(yáng)能直接充電的缺點(diǎn)。2.太陽(yáng)能電池直接充放電實(shí)驗(yàn)(1)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上按照?qǐng)D 8-2連接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。光伏型控制器蓄電池十蓄君也-2.AH 12V圖8-2太陽(yáng)能電池直接充放電測(cè)試示意圖(2)將A、B、C、D四塊光伏板并聯(lián)連接于電路中。(3)按一下控制器有上角的“控制設(shè)置”按鈕。此時(shí)風(fēng)扇在轉(zhuǎn)動(dòng)。(4)將充電電流、充電電壓和負(fù)載電流、負(fù)載電壓表的數(shù)值記錄于表8-3中。(5)計(jì)算一下光伏板的輸入功率和控制器的輸出功率。表8-3陽(yáng)能電池直接充放電測(cè)試數(shù)據(jù)記錄表充電電流(mA)充電電壓(V)輸入功率(W)負(fù)載電流(mA)負(fù)載電壓(V)輸出功率(W)五、注意事項(xiàng)1 .光照方向?qū)怆姵剌敵鲇绊戄^大，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)給予注意。2 .電壓表、電流表的量程必須分別大于太陽(yáng)能電池板的開(kāi)路電壓和短路電流。3 .處于跟蹤模式時(shí)，不允許所有的燈都關(guān)閉，可以“晨日” 、“午日”