太阳能电池板IV特性测试实验

一、摘要

广泛联系实际及生活中的现象，通过向日葵的向日原理，普通跟踪装置的设定原理，总结出最佳方案及最适结果。 接着建立出太阳高度角、太阳方位角，关于时间的函数，求出数学表达式，绘制出函数图象。建立适当的空间直角坐标系，以太阳高度角、太阳方位角来确定太阳能能电池版面的指向，绘制出三维立体直观图。关于太阳能电板的利用率问题和电板转动与太阳偏转角的关系，是第一部分探讨的两大重点，我们通过将具体问题模型化，绘制基本的数学模型，并运用数学上的平面几何知识，及网上所查到的资料，自主推导有用的公式及原理。并绘制简单的图象来清晰的表述。

然后带入数据，以2010年11月20日各整点时刻计算出太阳的高度角与方位角。同时，选取适当的时间进行实地测量。绘制出表格，计算平均相对误差，检验模型解得准确性。

最后对误差和模型本身进行分析，总结出建模时未考虑到的因素对结果的影响，明确继续努力的方向。

二、问题的提出

目前，由于人类过度的开采石油等消耗性能源，并大肆的浪费，使得当今社会的可用能源已经所剩无几，开发新能源及清洁能源是当务之急，而太阳能是一种既清洁又富有的理想能源，但如何更好的收

集与利用则是一个难题。现如今，人类利用太阳能有以下两种形式

一种是太阳能热利用，即

在近20年中，您可能不断听到“太阳能革命”这一说法 -- 讲的是有一天我们会全部使用从太阳获得的免费电能。这是一个诱人的承诺：在天气晴朗、阳光明媚的日子里，太阳向地球表面辐射的能量约为1,000瓦每平方米，如果我们可以将这些能量全部收集起来，就可以轻松地为住宅和办公室提供免费电力。

SunLine Transit Agency供图

SunLine Transit Agency用太阳能板吸收能量来制氢。

在本文中，我们将研究太阳能电池，了解它们如何将太阳能直接转换为电能。在阅读过程中，您将了解到为什么说太阳能离人们的日常生活越来越近，以及为什么在这项技术具有成本效益之前我们还有许多研究工作要做。 将光子转换为电子

计算器和人造卫星上使用的太阳能电池都是光伏电池或者模块（模块就是一组通过电路连接并封装在一个框架内的电池）。光伏电池（Photovoltaics），顾名思义（photo=光， voltaic=电），是指将太阳光转换为电能的电池。光伏电池之前只用在太空中，而现在却越来越普及，且使用方式也越来越普通。它们甚至可以为您的住宅供电。这些装置是如何工作的呢？ 光伏（PV）电池由半导体材料制成，比如硅就是目前最常用的一种半导体。当光照射电池时

一、摘要

广泛联系实际及生活中的现象，通过向日葵的向日原理，普通跟踪装置的设定原理，总结出最佳方案及最适结果。 接着建立出太阳高度角、太阳方位角，关于时间的函数，求出数学表达式，绘制出函数图象。建立适当的空间直角坐标系，以太阳高度角、太阳方位角来确定太阳能能电池版面的指向，绘制出三维立体直观图。关于太阳能电板的利用率问题和电板转动与太阳偏转角的关系，是第一部分探讨的两大重点，我们通过将具体问题模型化，绘制基本的数学模型，并运用数学上的平面几何知识，及网上所查到的资料，自主推导有用的公式及原理。并绘制简单的图象来清晰的表述。

然后带入数据，以2010年11月20日各整点时刻计算出太阳的高度角与方位角。同时，选取适当的时间进行实地测量。绘制出表格，计算平均相对误差，检验模型解得准确性。

最后对误差和模型本身进行分析，总结出建模时未考虑到的因素对结果的影响，明确继续努力的方向。

二、问题的提出

目前，由于人类过度的开采石油等消耗性能源，并大肆的浪费，使得当今社会的可用能源已经所剩无几，开发新能源及清洁能源是当务之急，而太阳能是一种既清洁又富有的理想能源，但如何更好的收

集与利用则是一个难题。现如今，人类利用太阳能有以下两种形式

一种是太阳能热利用，即

太阳能电池板有关认证

TUV：TüV标志是德国TüV专为元器件产品定制

的一个安全认证标志，在德国和欧洲得到广泛的接受。应用安全标准的目的是在于防止家电产品的使用过程中可能产生的各种危险所造成的人身伤害和财产损失，包括电击或触电，温度过高或火灾，机械方面存在的危险，

放射性危险，化学性危险。世界各主要地区的家电法规要求均以IEC标准IEC60335为基础，其中欧洲标准与国际标准最为接近。欧洲标准分为两大部分，第一部分分EN60335-1是家用电器的综合要求；第二部分EN60335-2是对各类家用电器的特殊附加要求，这上部分多达几十条标准。

CE：CE”标志是一种安全认证标志，被视为制造商打开并进入欧洲市

场的护照。CE代表欧洲统一（CONFORMITE EUROPEENNE）。凡是贴有“CE”标志的产品就可在欧盟各成员国内销售，无须符合每个成员国的要求，从而实现了商品在欧盟成员国范围内的自由流通。

IEC：IEC标准即国际电工委员会（International Electrical

Commission），是由各国电工委员会组成的世界性标准化组织，其目的是为了促进世界电工电子领域的标准化。 IEC的宗旨是通过其成员，促进电气化、电子工程领域的标准化

太阳能电池板有关认证

TUV：TüV标志是德国TüV专为元器件产品定制

的一个安全认证标志，在德国和欧洲得到广泛的接受。应用安全标准的目的是在于防止家电产品的使用过程中可能产生的各种危险所造成的人身伤害和财产损失，包括电击或触电，温度过高或火灾，机械方面存在的危险，

放射性危险，化学性危险。世界各主要地区的家电法规要求均以IEC标准IEC60335为基础，其中欧洲标准与国际标准最为接近。欧洲标准分为两大部分，第一部分分EN60335-1是家用电器的综合要求；第二部分EN60335-2是对各类家用电器的特殊附加要求，这上部分多达几十条标准。

CE：CE”标志是一种安全认证标志，被视为制造商打开并进入欧洲市

场的护照。CE代表欧洲统一（CONFORMITE EUROPEENNE）。凡是贴有“CE”标志的产品就可在欧盟各成员国内销售，无须符合每个成员国的要求，从而实现了商品在欧盟成员国范围内的自由流通。

IEC：IEC标准即国际电工委员会（International Electrical

Commission），是由各国电工委员会组成的世界性标准化组织，其目的是为了促进世界电工电子领域的标准化。 IEC的宗旨是通过其成员，促进电气化、电子工程领域的标准化

摘 要

随着各国对环境保护的力度加大,再生清洁能源的市场需求巨大,发展太阳能利用技术前景广阔。太阳能利用领域众多,目前主要通过太阳能电池片把太阳能转换为电能加以利用。太阳能电池的材料都是半导体材料，电池能量转换的基础是光生伏特（光电）效应。本文正是基于此对太阳能电池的技术原理进行了深入的研究，并在已有的研究基础上对其电流电压间的关系进行了客观的分析。首先，阐述了半导体材料的内光电效应，介绍太阳能电池的能量转换过程，包括太阳能电池工作原理、光电转换特性、参数表征。然后介绍各类电池的技术原理、电池结构与发展前景。涉及硅太阳能电池，非晶系硅太阳能电池，薄膜太阳能电池等。最后运用一系列的实验仪器分别测量暗环境和光照条件下硅电池的电流和电压，并作出相应的图像，分析开路电压，短路电流，输出功率变化特点。进而分析出使太阳能电池的输出功率较大的条件。

关键词：太阳能电池；光电效应；半导体；输出功率

Abstract

With the protection of the environment to increase renewable clean energy, the huge market demand, the development of solar ene

DH6521A型

多功能太阳能电池综合特性测试仪

(含使用说明书)

实 验 指 导 书

杭州大华科教仪器研究所 杭州大华仪器制造有限公司

背景知识

能源是人类社会生存的重要物质基础。随着社会经济规模的扩大，人类对能源的需求量剧增。目前全球每年能源消费总量已经超过150亿吨标准煤，其中90%左右是化石能源。化石能源是储量有限的不可再生能源。预测指出维持目前的能源消耗水平，全球主要化石能源资源只能维持到下世纪中期。此外，大规模开发和利用化石能源也带来了气候变化、生态破坏等严重的环境问题，直接威胁着人类社会的可持续发展。

能源问题目前已经可以用形势严峻来形容了。在寻求解决办法的过程中人们看到了太阳能。广义的讲，地球上的能源归根结底都来自于太阳。除核能和地热能等可以认为是在地球形成过程中储存下来的能源以外，其他所有能源都来源于太阳发生的热核反应所释放的巨大能量，包括可再生能源和化石能源。太阳发射出的总辐射能量大约为3.75×1026W，考虑到地球大气层的反射和吸收之后，一年中地球表面所接受的太阳能高达

1.05×1018kWh，大约是本世纪初全球初级能源消耗总量的一万倍。大力开发和使用太阳能是人类解决未来替代能源问题、可再生循环利用的资源问题和生态环

技术参数

输出电压:是指把光伏电池置于100mW/c㎡的光源照射下，且光伏电池输出两端开路时所测得的输出电压值。光伏电池的开路电压与入射光辐照度的对数成正比，与环境温度成反比。与电池面积的大小无关。 短路电流:是指将光伏电池在标准光源的照射下，在输出短路时流过光伏电池两端的电流。测量短路电流的一般方法是，用内阻小于1欧的电流表接到光伏电池的两端进行测量。

最大输出功率(Pm):最大输出工作电压(Vpm)×最大输出工作电流(Ipm)。

开路电压(Voc):正负极间为开路状态时的电压。

短路电流(Isc):正负极间为短路状态时流过的电流。

最大输出工作电压(Vpm):输出功率最大时的工作电压。 最大输出工作电流(Ipm):输出最大功率时的工作电流。

伏安特性曲线:是指太阳能电池组件把接收的光能转换成电能，其输出电流I--电压V的特性曲线。

太阳能电池的效率

要判别一个太阳能电池性能的好坏，最重要的就是转换效率(h)，转换效率的计算公式:

其中Pin为太阳能光入射功率， Pm为最大输出功率， Im 与Vm 分别为在最大输出功率时的电流与电压。

光伏效应:是指物体吸收光能后，其内部能传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化，由此产生出电流和 电动

太原理工大学

毕业设计（论文）任务书

毕业设计（论文）题目： 太阳能电池板照射角自动跟踪系统设计 毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）： 要求设计能够自动跟踪太阳以调整太阳能电池板光照摄射角度的系统，以提高太阳能电池的光—电能量转化率。 1、太阳能电池板在0—180℃内自动跟踪太阳，使入射光垂直照射； 2、根据季节变化太阳能电池板可调整维度； 3、该设计的自动跟踪系统使用此太阳能电池板供电力工作； 4、使用该系统后应使用太阳能电池板提高效率≥5% ； 5、此设计系统能够长期室外运行。 第1页

毕业设计（论文）主要内容： 1、调查了解目前太阳能电池板的使用情况、测试垂直照射和不垂直照射的工作效率； 2、查阅资料，掌握MCS—51单片机、控制电机及相关电路的工作原理及应用方法； 3、按本任务书要求完成设计 第2页

毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）： 1、实习报告。 2、查阅资料记录。 3、毕业设计说明书（包括电路原理图）。 4、设计程序、图纸的电子文档。 第3页

主要参考文献（资料）： 1、《单片机原理》教材 2、《控制电机》教材 3、《传感器原理及检测技术》教材> 4、《模拟电子技术》教材 5、太阳能电池的有关

毕业设计（论文）主要内容： 1、调查了解目前太阳能电池板的使用情况、测试垂直照射和不垂直照射的工作效率； 2、查阅资料，掌握MCS—51单片机、控制电机及相关电路的工作原理及应用方法； 3、按本任务书要求完成设计 第2页

毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）： 1、实习报告。 2、查阅资料记录。 3、毕业设计说明书（包括电路原理图）。 4、设计程序、图纸的电子文档。 第3页

主要参考文献（资料）： 1、《单片机原理》教材 2、《控制电机》教材 3、《传感器原理及检测技术》教材> 4、《模拟电子技术》教材 5、太阳能电池的有关资料（自己检索） 6、相关的地理、天文资料（自己检索） 专业班级 电气自动化09级211班 学生 陈彪 要求设计(论文)工作起止日期 指导教师签字 2010年12月20日—2012年3月26日 日期 日期 日期 第4页

教研室主任审查签字 系主任批 准签字

目 录

摘要 ...................................................................................................