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環(huán)境對光伏轉(zhuǎn)換影響實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>
1.了解外部環(huán)境對太陽能電池發(fā)電的影響。
2.理解光照強(qiáng)度和角度對太陽能電池發(fā)電的影響。
   二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：

序號名     稱備     注

1 MY-PV39太陽能光伏發(fā)電綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

2 萬用表自備

3 幾塊材料不同、透光度不同的遮擋板自備

   三、實(shí)驗(yàn)原理：
光伏電池的性能指標(biāo)受環(huán)境多種因素如光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、粒子輻射的影響，而溫度和光照強(qiáng)度的影響往往是同時存在的。
1. 光譜響應(yīng)
絕對光譜響應(yīng)指當(dāng)各種波長的單位輻射光能或?qū)?yīng)的光子入射到光伏電池上，
將產(chǎn)生不同的短路電流，按波長的分布求出對應(yīng)短路電流變化曲線。分析光伏電池的光譜響應(yīng)，通常討論其相對光譜響應(yīng)。定義為：當(dāng)各種波長以一定先是的輻射光了束入射到光伏電池上，所產(chǎn)生的短路電流與其中最大短路電流相比較，按波長的分布求其變化曲線即為相對光譜響應(yīng)。
    圖1為某一光伏電池的相對光譜響應(yīng)曲線。從曲線可以看出能夠產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)的太陽能輻射波長范圍一般在0.4～1.2左右，最大靈敏度在0.8～0.9
之間。

圖1
2.溫度特性和光照特性
光伏電池的溫度特性指的是：光伏電池工作環(huán)境的溫度和電池吸收光子之后自身溫度升高對電池性能的影響；由于光伏電池材料內(nèi)褲的很多都是溫度和光照強(qiáng)度的函數(shù)，如本征載流子濃度、載流子的擴(kuò)散長度、光子吸收系數(shù)等，所以光照特性指的是硅型光伏電池的電氣性能和光照強(qiáng)度之間的關(guān)系，其特性曲線見圖2和圖3。

圖2常溫下不同日照的伏安特性圖3 參考日照不同溫度下的伏安特性

在一定條件下，一串聯(lián)支路中被遮蔽的太陽能電池組件將被當(dāng)作負(fù)載消耗其他被光照的太陽能電池組件所產(chǎn)生的能量，被遮擋的太陽能電池組件此時將會發(fā)熱，就是“熱斑效應(yīng)”。這種效應(yīng)能嚴(yán)重地破壞太陽能電組件。有光照組件所產(chǎn)生的部分能量或所有能量，都可能被遮蔽的電池組件消耗。
在太陽能電池組件的串聯(lián)回路中，假定其中一塊被部分遮擋，調(diào)節(jié)負(fù)載電阻R，可使太陽能組件的工作狀態(tài)由開路到短路。
可以從d、c、b、a四種工作狀態(tài)進(jìn)行分析：
（1）調(diào)整太陽能電池組件的輸出阻抗，使其工作在開路（d點(diǎn)），此時工作電流為0，開路電壓U_Gd等于電池組件1和電池組件2的開路電壓之和。
（2）當(dāng)調(diào)整阻抗使電池組件工作在c點(diǎn)，電池組件1和電池組件2都有正的功率輸出。
（3）當(dāng)電池組件工作點(diǎn)在b點(diǎn)，此時電池組件1仍然工作在正功率輸出，而受遮擋的電池組件2已經(jīng)工作在短路狀態(tài)，沒有功率輸出，但也還沒有成為功率的接受體，還沒有成為電池組件1的負(fù)載。
（4）當(dāng)電池組件工作在短路狀態(tài)（a點(diǎn)），此時電池組件1仍然有正的功率輸出，而電池組件2上的電壓已經(jīng)反向，電池組件2成為電池組件1的負(fù)載，不考慮回路中串聯(lián)電阻的話，此時電池組件1的功率全部加到了電池組件2上，如果這種狀態(tài)持續(xù)時間很長或電池組件1的功率很大，就會在被遮擋的電池組件2上造成熱斑損傷。
（5）應(yīng)當(dāng)注意到，并不是僅在電池組件處于短路狀態(tài)才會發(fā)生“熱斑效應(yīng)”，從b點(diǎn)到a點(diǎn)的工作區(qū)間，電池組件2都處于接受功率的狀態(tài)，這在實(shí)際工作會經(jīng)常發(fā)生，如旁路型控制器在蓄電池充滿時將通過旁路開關(guān)將太陽能電池組件短路，此時就很容易形成熱斑。
圖7為并聯(lián)回路受遮擋電池組件的“熱斑效應(yīng)”分析。受遮擋電池組件定義為2號，用I-U曲線2表示；其余電池組件合起來定義為1號，由I-U曲線1號表示；兩者的串聯(lián)方陣為組（G），用I-U曲線G表示。

圖7
可以從a、b、c、d四種工作狀態(tài)進(jìn)行分析：
（1）調(diào)整太陽能電流組的輸出阻抗，使其工作在短路（a點(diǎn)），此時電池組件的電壓為0，組短路電流Isc等于電池組件的輸出阻抗，使其電池1和電池組件2的短路電流之和。
（2）當(dāng)調(diào)整阻抗使電池組工作在B點(diǎn)，電池組件1和電池組件2都有正的功率輸出。
（3）當(dāng)電池組件工作在c點(diǎn)，此時電池組件1仍然有正的功率輸出，而受遮擋的電池組件2已經(jīng)工作在開路狀態(tài)，沒有功率輸出，但也沒有成為功率的接受體，還沒有成為電池組件1的負(fù)載。
（4）當(dāng)電池組工作在開路狀態(tài)（D點(diǎn)），此時電池組件1仍然有正的功率輸出，而電池組件2上的電流已經(jīng)反向，電池組件2成為電池組件1的負(fù)載，不考慮回路中其他旁路電流的話，此時電池組件1的功率全部加到了電池組件2上，如果這種狀態(tài)持續(xù)時間很長或電池組件1的功率很大，也會在被遮擋的電池組件2上造成熱斑損傷。
（5）應(yīng)當(dāng)注意到，從c點(diǎn)到d點(diǎn)的工作區(qū)間，電池組件2都處于接受功率的狀態(tài)。并聯(lián)電池組件處于開路或接近開路狀態(tài)在實(shí)際工作中也有可能，對于脈寬調(diào)制控制器，要求只有一個輸入端，當(dāng)系統(tǒng)功率較大，太陽能電池組件會采用多組并聯(lián)，在蓄電接近充滿時，脈沖寬度變窄，開關(guān)晶體管處于臨近截止?fàn)顟B(tài)，太陽能電池組件的工作點(diǎn)向開路方向移動，如果沒有在各并聯(lián)支路上加裝阻斷二極管，發(fā)生熱斑效應(yīng)的概率就會很大。
為防止太陽能電池組件由于熱斑效應(yīng)而被破壞，需要在太陽能電池組件的正負(fù)極間并聯(lián)一個旁路二極管，以避免串聯(lián)回路中光照組件所產(chǎn)生的能量被遮蔽的組件所消耗。同樣，對于每一個并聯(lián)支路，需要串聯(lián)一只二極管，以避免并聯(lián)回路中光照組件所產(chǎn)生的能量被遮蔽的組件所吸收，串聯(lián)二極管在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中可同時起到防止蓄電池在夜間反充電的功能。
   四、實(shí)驗(yàn)步驟：
     1.在面板上的太陽能光伏實(shí)驗(yàn)區(qū)按實(shí)驗(yàn)需求把電壓表、電流表按實(shí)驗(yàn)功能連接。
       連接過程中，注意“正”“負(fù)”極。
     2.接通“總開關(guān)”，此時指示燈亮，直流電壓表和直流電流表均通電工作，然后直流電壓表的示值就是太陽能電池板的開路電壓，記錄些電壓。
     3.選擇足夠大的幾種遮光度不同的材料，如白紙、布、塑料膜等，分別用所選擇的材料遮擋整塊太陽能電池板，記錄每一種情況下太陽能電池板輸出的電壓：

序號材   料太陽能電池板輸出電壓/V

1

2

3

4

5

4.用同一遮擋板遮擋太陽能電池板，按照遮擋部分的面積增加或減小的順序，測量并記錄太陽能電池板輸出的電壓值：

序號遮擋面積/% 太陽能電池板輸出電壓/V

1

2

3

4

5

5.用同一遮擋板遮擋一部分太陽能電池板，同時在“控制器”部分的輸入接口接入可調(diào)電阻箱，增加或減小負(fù)載的阻值，并記錄太陽能電池板輸出的電壓值與電流：查看在阻值為多少時太陽能電池板發(fā)生了“熱斑效應(yīng)”。
6.試驗(yàn)完畢，應(yīng)該關(guān)閉“總開關(guān)”，卸下電纜線插頭。
   五、注意事項(xiàng)
1.要使用足夠大的遮擋板，能夠完全覆蓋整個電池板。
2.使用同一塊遮擋板改變其遮擋面積的試驗(yàn)中，要盡快～5組數(shù)據(jù)，不可長時間使某一部分處于遮擋狀態(tài)。

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序號	名稱	備注
1	MY-PV39太陽能光伏發(fā)電綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)
2	萬用表	自備
3	幾塊材料不同、透光度不同的遮擋板	自備

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