太阳能电池的综合应用.docx
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1、太阳能电池的综合应用一、实验目的1、加深了解太阳能电池原理和最大功率点的特征;二、实验内容1、研究太阳能电池的输出功率与电阻的关系;2、分析不同光强下最大功率下负载的变化情况;2、研究太阳能电池转换效率与光强的关系;三、实验仪器太阳能电池综合特性测试仪一套连接导线若干四、实验原理1、太阳能电池工作原理太阳电池是一种对光有响应并能将光能转换成电力的器件,其原理是基于PN结的光生伏特效应。该效应涉及三个主要的物理过程:第一,半导体材料受到光的照射,当入射光子能量大于能隙时,光子被吸收,电子由价带跃迁到导带,产生非平衡的电子-空穴对;第二,产生的非平衡电子-空穴对以扩散或漂移的方式向PN结的空间电荷
2、区运动;第三,进入空间电荷区后,非平衡空穴受内建电场作用被拉向P区,非平衡电子被拉向N区,P区边界将积累非平衡空穴,N区边界将积累非平衡电子,产生一个与内建电场相反的光生电场。如果PN结开路,则这个电势差就是光生电动势;如果将PN结短路,则这个电流是短路电流。在PN结两端接负载,会有电流通过,于是光照PN结实现了光能向电能的转换。在一个大面积的PN结上做好上、下电极的接触引线便构成了一个太阳能电池,结构如如图1所示。背面接触一般采用大面积蒸镀金属形成欧姆接触,以减小串联电阻。对于正面电极,既要求减小接触电阻又要尽量减小对阳光的遮挡,故常常做成栅格形状。另外硅表面非常光亮,会反射掉大量的太阳光,
3、不能被电池利用。为此,科学家们给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜(如图1),将反射损失减小到5%甚至更小。一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限,于是人们又将很多电池(通常是36个)并联或串联起来使用,形成太阳能光电板。图1太阳能电池结构示意图2、最大功率点跟踪原理光伏电池板提供光伏发电系统中的电能,由于光伏系统主要问题是电池的转换效率低且价格昂贵,因此,如何进一步提高太阳能电池的转换效率,如何充分利用光伏阵列转换的能量,一直是光伏发电系统研究的主要方向,太阳能光伏发电系统的最大功率点跟踪(MPPT,MaximumPowerPointTracking)就是其中一个重要的研究方向。在最大功率点跟
4、踪控制系统中,为了使负载获得最大的输出功率,当且仅当负载匹配时,此时负载上的功率可满足要求,简单的线性电路图如下图所示:图7-1简单的线性电路图其中,Ri为电压源内阻,Ui为电源电压,R1.为负载电阻,根据图可得负载上消耗的功率PR1.为(3-1)国-=1谭/段(3-2)式中,RCU都为常数,对R1.进行求导,可以得到,工u2%dRl(M+M)3令匚限=0即有R1.R1.时,PR1.可取得最大值。编在供电系统中,如果内阻不变,只须让外阻与内阻相等就可以得到最大输出功率,这种方法比较简单。但在实际光伏系统中,光伏电池的内阻容易受到负载、环境温度和日照强度的变化而不断变化,因此,根据以上方法不可能
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