太陽(yáng)能電池串并聯(lián)輸出功率比較

太陽(yáng)能電池串并聯(lián)輸出功率比較一，實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋容^太陽(yáng)能電池不同接法下的輸出功率找出哪種接法適合電阻大的用電器哪種接法適合電阻小的用電器二，實(shí)驗(yàn)器材太陽(yáng)能電池特性測(cè)試試驗(yàn)儀(THQTN-1)三，實(shí)驗(yàn)原理太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)以晶體硅太陽(yáng)電池為例，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示.晶體硅太陽(yáng)電池以硅半導(dǎo)體材料制成大面積pn結(jié)進(jìn)行工作.一般采用n+/p同質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)，即在約10cmx10cm面積的p型硅片(厚度約500pm止用擴(kuò)散法制作出一層很薄:厚度~0.3pm)的經(jīng)過(guò)重?fù)诫s的n型層.然后在n型層上面制作金屬柵線，作為正面接觸電極.在整個(gè)背面也制作金屬膜，作為背面歐姆接觸電極.這樣就形成了晶體硅太陽(yáng)電池.為了減少光的反射損失，一般在整個(gè)表面上再覆蓋一層減反射膜.

光伏效應(yīng)當(dāng)光照射在距太陽(yáng)電池表面很近的pn結(jié)時(shí)，只要入射光子的能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度Eg，則在p區(qū)、n區(qū)和結(jié)區(qū)光子被吸收會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì).那些在結(jié)附近n區(qū)中產(chǎn)生的少數(shù)載流子由于存在濃度梯度而要擴(kuò)散.只要少數(shù)載流子離pn結(jié)的距離小于它的擴(kuò)散長(zhǎng)度，總有一定幾率擴(kuò)散到結(jié)界面處.在p區(qū)與n區(qū)交界面的兩側(cè)即結(jié)區(qū)，存在一空間電荷區(qū)，也稱為耗盡區(qū).在耗盡區(qū)中，正負(fù)電荷間形成一電場(chǎng)，電場(chǎng)方向由n區(qū)指向p區(qū)，這個(gè)電場(chǎng)稱為內(nèi)建電場(chǎng).這些擴(kuò)散到結(jié)界面處的少數(shù)載流子（空穴）在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下被拉向p區(qū).同樣，如果在結(jié)附近p區(qū)中產(chǎn)生的少數(shù)載流子（電子）擴(kuò)散到結(jié)界面處，也會(huì)被內(nèi)建電場(chǎng)迅速被拉向n區(qū).結(jié)區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下分別移向n區(qū)和p區(qū).如果外電路處于開(kāi)

路狀態(tài)，那么這些光生電子和空穴積累在pn結(jié)附近，使p區(qū)獲得附加正電荷，n區(qū)獲得附加負(fù)電荷，這樣在pn結(jié)上產(chǎn)生一個(gè)光生電動(dòng)勢(shì).這一現(xiàn)象稱為光伏效應(yīng)（PhotovoltaicEffect,縮寫(xiě)為PV）.太陽(yáng)電池的表征參數(shù)太陽(yáng)電池的工作原理是基于光伏效應(yīng).當(dāng)光照射太陽(yáng)電池時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)由n區(qū)到p區(qū)的光生電流Iph.同時(shí)，由于pn結(jié)二極管的特性，存在正向二極管電流ID，此電流方向從p區(qū)到n區(qū)，與光生電流相反.因此，實(shí)際獲得的電流I為⑴式中VD為結(jié)電壓，I0為二極管的反向飽和電流，Iph為與入射光的強(qiáng)度成正比的光生電流，其比例系數(shù)是由太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)和材料的特性決定的.n稱為理想系數(shù)（n值），是表示pn結(jié)特性的參數(shù)，通常在1~2之間.q為電子電荷，kB為波爾茨曼常數(shù)，T為溫度.如果忽略太陽(yáng)電池的串聯(lián)電阻Rs,VD即為太陽(yáng)電池的端電壓V，則（1）式可寫(xiě)為(2)(2)當(dāng)太陽(yáng)電池的輸出端短路時(shí)，V=0（VD^0）,由（2）式可得到短路電流二乙即太陽(yáng)電池的短路電流等于光生電流，與入射光的強(qiáng)度成正比.當(dāng)

太陽(yáng)電池的輸出端開(kāi)路時(shí)，I=。，由（2）和（3）式可得到開(kāi)路電當(dāng)太陽(yáng)電池接上負(fù)載R時(shí)所得的負(fù)載伏-安特性曲線如圖2所示負(fù)載R可以從零到無(wú)窮大.當(dāng)負(fù)載Rm使太陽(yáng)電池的功率輸出為最大時(shí)，它對(duì)應(yīng)的最大功率Pm為(4) : -1\I) E*殖式中Im和Vm分別為最佳工作電流和最佳工作電壓.將Voc與Isc的乘積與最大功率Pm之比定義為填充因子FF，則(5) *WFF為太陽(yáng)電池的重要表征參數(shù)，F(xiàn)F愈大則輸出的功率愈高.FF取決于入射光強(qiáng)、材料的禁帶寬度、理想系數(shù)、串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻等.(6)囹三太陽(yáng)電池的偌戔特性曲線四，實(shí)驗(yàn)思路取四個(gè)太陽(yáng)能電池分三種不同的接法(全部串聯(lián)，全部并聯(lián)，兩個(gè)串聯(lián)兩個(gè)并聯(lián))將太陽(yáng)能電池外接可變電阻，用白光照射。測(cè)量其在不同負(fù)載下的I,U,并計(jì)算出對(duì)應(yīng)的P,畫(huà)出P-U曲線，理論上P-U曲線應(yīng)是一條拱形的平滑曲線，可根據(jù)曲線找出P對(duì)應(yīng)的U,再根據(jù)U找出對(duì)應(yīng)的R。改變太陽(yáng)能電池的接法，重復(fù)上述步驟，比較不同Pm對(duì)應(yīng)的負(fù)載R，找出那種接法適合電阻大的用電器，哪種適合電阻小的用電器。五，實(shí)驗(yàn)步驟（1） 連接電路圖如圖所示（2） 測(cè)短路電流i和開(kāi)路電壓uoc（3） 測(cè)量在不同負(fù)載電阻下I，U，記錄數(shù)據(jù)，P=IU計(jì)算出對(duì)應(yīng)的日繪制p-u曲線圖（4） 求太陽(yáng)能電池最大輸出功率時(shí)的負(fù)載電阻（5） 計(jì)算填充因子FF=pm/（iscu）（6） 改變太陽(yáng)能電池的接法，重復(fù)上述操作六，對(duì)方案的可行性分析經(jīng)分析，該方案的原理完整正確，邏輯清晰，對(duì)各物理量的意思及其之間的的關(guān)系，推理都有詳細(xì)的說(shuō)明。實(shí)驗(yàn)要測(cè)量的數(shù)據(jù)是太陽(yáng)能電池在不同接法下，通過(guò)其兩端的電壓和回路中的電流，通過(guò)改變電阻的大小來(lái)記錄多組數(shù)據(jù)，這些都可以在提供的實(shí)驗(yàn)箱上完成，所提供的儀器滿足需要。由于所要記錄的數(shù)據(jù)比較多，需要不停地改變電阻，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能會(huì)導(dǎo)致電阻旋鈕損壞；其次電流和電壓一直在變化，可能會(huì)出現(xiàn)超量程的情況，但如果為了不超量程而選用的量程較大會(huì)使測(cè)得的數(shù)據(jù)不夠精確，誤差較大。所以在操作過(guò)程中我們要認(rèn)真謹(jǐn)慎，選擇合適的量程進(jìn)行測(cè)量并注意觀察示數(shù)變化，一