光照強(qiáng)度對(duì)太陽(yáng)能電池性能影響實(shí)驗(yàn)研究

籍遠(yuǎn)明　陳國(guó)強(qiáng)青島科技大學(xué)數(shù)理學(xué)院

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光照強(qiáng)度對(duì)太陽(yáng)能電池性能影響實(shí)驗(yàn)研究

籍遠(yuǎn)明陳國(guó)強(qiáng)
青島科技大學(xué)數(shù)理學(xué)院

摘要：文章利用太陽(yáng)能電池基本特性實(shí)驗(yàn)儀，研究光照強(qiáng)度對(duì)太陽(yáng)能電池輸出特性影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：太陽(yáng)能電池的開路電壓和短路電流隨光照強(qiáng)度變大而增大，光照強(qiáng)度變小，最大輸出功率變小，而最佳負(fù)載電阻變大。

關(guān)鍵字：太陽(yáng)能電池 光照強(qiáng)度 開路電壓 短路電流

1　引言

太陽(yáng)能是一種綠色、無(wú)污染、可再生清潔能源，太陽(yáng)能電池是利用光生伏打效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體裝置。在當(dāng)前世界能源短缺和環(huán)境保護(hù)日益嚴(yán)峻的情況下，太陽(yáng)能電池的應(yīng)用越來(lái)越受到世人的關(guān)注［1-2］。描述太陽(yáng)能電池性能的主要參數(shù)有：開路電壓、短路電流、填充因子、光電轉(zhuǎn) 換效率、最大功率、最大工作電壓、最大工作電流等。一般來(lái)說(shuō)，光照強(qiáng)度和工作溫度是影響太陽(yáng)能 電池輸出功率的主要因素［3-4］，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)開展光照強(qiáng)度對(duì)太陽(yáng)能電池性能參數(shù)影 響研究和分析。

2　實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)中使用的儀器為株洲菲特儀器公司研制 的太陽(yáng)能電池基本特性實(shí)驗(yàn)儀，將太陽(yáng)能電池接入電路，光源采用輸出光譜接近太陽(yáng)光譜的碘鎢燈， 室內(nèi)模擬太陽(yáng)光，選擇廠家提供的專用太陽(yáng)能電池 電阻模板為負(fù)載。

3　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

3.1入射光角度變化對(duì)開路電壓和短路電流影響

首先把光源與太陽(yáng)能電池保持一定距離，并且 二者處于正對(duì)位置，然后將太陽(yáng)能電池分別轉(zhuǎn)動(dòng)15°、30°、45°、60°、75°、90°，測(cè)量不同位置時(shí)太陽(yáng)能電池的開路電壓和短路電流。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)入射光源與太陽(yáng)能電池之間的夾角增大時(shí)，太陽(yáng)能電池開路電壓和短路電流數(shù)值逐步變小，即太陽(yáng)能電池的開路電壓和短路電流 隨光照強(qiáng)度變大而增大，在0°～45°范圍變化幅度小， 大于45°后變化幅度較大。

3.2一定入射角度情況下，光照強(qiáng)度對(duì)開路電壓和短路電流影響

將光源與太陽(yáng)能電池之間距離保持不變，把入 射光源強(qiáng)度增加一倍，然后將太陽(yáng)能電池由正對(duì)位置開始，分別轉(zhuǎn)動(dòng)15°、30°、45°、60°、75°、90°，測(cè)量不同位置時(shí)的太陽(yáng)能電池的開路電壓和短路電流。

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，在入射光源與太陽(yáng)能電池之間保持一定夾角不變的情況下，入射光源強(qiáng)度增加一倍，太陽(yáng)能電池的開路電壓和短路電流也隨之增大；當(dāng)入射光源與太陽(yáng)能電池之間夾角由小變大的過(guò)程中，太陽(yáng)能電池的開路電壓和短路電流數(shù)值則逐步變小，通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，相同條件下，短路電流的變化幅度大于開路電壓，即光照強(qiáng)度對(duì)短路電流的影響度大于開路電壓參數(shù)。

3.3不同負(fù)載下，太陽(yáng)能電池的輸出特性

首先將入射光源與太陽(yáng)能電池之間距離保持不變，然后調(diào)節(jié)二者之間為正對(duì)位置，分別測(cè)量不 同負(fù)載情況下，太陽(yáng)能電池的輸出電壓U和輸出電流I。其次，將太陽(yáng)能電池由正對(duì)位置開始，分別轉(zhuǎn) 動(dòng)30°和60°，再測(cè)量不同角度、不同負(fù)載時(shí)，太陽(yáng)能電池的輸出電壓U和輸出電流I。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在保持入射光源與太陽(yáng)能電池夾角一定的情況下，隨著負(fù)載電阻的增加，太陽(yáng)能電池輸出電壓逐步增大，而輸出電流則逐漸變小，當(dāng)入射光源與太陽(yáng)能電池夾角由小變大的過(guò)程中，相同負(fù)載下輸出電壓和輸出電流均變小。當(dāng)入 射光垂直于太陽(yáng)能電池板時(shí)，最大輸出功率為 411.536W，最佳負(fù)載電阻Rmp為510Ω，填充因子為 0.7；當(dāng)入射光與太陽(yáng)能電池板成30°夾角時(shí)，最大 輸出功率為256.956W，最佳負(fù)載電阻Rmp為1000Ω， 填充因子為0.66；當(dāng)入射光與太陽(yáng)能電池板成60°夾角時(shí)，最大輸出功率為96.968W，最佳負(fù)載電阻 Rmp為2400Ω，填充因子為0.60，即隨著入射光源與太陽(yáng)能電池夾角的增大，最大輸出功率變小，而最佳負(fù)載電阻變大。

4　結(jié)論

本文通過(guò)光照強(qiáng)度對(duì)太陽(yáng)能電池輸出特性測(cè)試實(shí)研究和分析，可以得出如下結(jié)論：

① 當(dāng)入射光源與太陽(yáng)能電池之間的夾角逐步增大時(shí)，太陽(yáng)能電池開路電壓和短路電流數(shù)值逐步變小；

② 在入射光源與太陽(yáng)能電池之間保持一定夾角不變的情況下，入射光源強(qiáng)度增加一倍，太陽(yáng)能電池的開路電壓和短路電流也隨之增大，短路電流的 變化幅度大于開路電壓；

③ 保持入射光源與太陽(yáng)能電池夾角一定的情況 下，隨著負(fù)載電阻的增加，太陽(yáng)能電池輸出電壓逐步增大，而輸出電流則逐漸變小，隨著入射光源與 太陽(yáng)能夾角的增大，最大輸出功率變小，而最佳負(fù)載電阻變大。

參考文獻(xiàn)

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［3］秦嶺.太陽(yáng)能電池基本參數(shù)的影響因素分析與研究［J］.價(jià)值工程，2012，32：33-35 ［4］Buecher K. Site dependence of the energy collection of PV modules［J］.Solar Energy Materials and Solar Cells，1997，47：85-94