環境對光伏轉換影響實驗

 一、實驗目的：
1.了解外（wài）部環境對太陽能電（diàn）池發電的影響（xiǎng）。
2.理（lǐ）解光照強度（dù）和角（jiǎo）度對太陽（yáng）能電池發電的（de）影響。
   二、實驗設備：

序號	名     稱	備     注
1	MY-PV39太陽能光伏發電綜合實訓係統
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、實驗原理：
光伏電池的性能指標受環境多種因素如光照強度、環境溫度、粒（lì）子輻射的影（yǐng）響，而溫度和光照強度的影響往往是同（tóng）時存在的。
1.  光譜響應（yīng）
絕對光譜（pǔ）響應指當各種波長（zhǎng）的單位輻射光（guāng）能或對應的光子入射到光伏電池上，
將產生不同的短路電流，按波長的分布求出對應短路電流變化曲（qǔ）線。分析光伏電（diàn）池的光譜響應，通常討（tǎo）論其相對光譜響應。定義為：當各種波長以一定先是的輻射光了（le）束入（rù）射到（dào）光（guāng）伏（fú）電池上，所產生的（de）短路電流（liú）與其中最大短路電流相比較，按波長（zhǎng）的分布求其變化（huà）曲線即為相對光譜響應。
    圖1為某一光伏電池的相對光譜響應曲線。從曲線可以看出能夠產生光生伏特效應的太陽（yáng）能輻射波長範圍一般在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（tè）性
光（guāng）伏電池的溫度特性指的是：光伏電（diàn）池工作環境的溫度和（hé）電池吸收光子之（zhī）後（hòu）自身（shēn）溫度升高對電（diàn）池性（xìng）能的影響；由於光伏電池材料內褲的很多都是溫度和（hé）光照強（qiáng）度的函數，如（rú）本征載流子濃度、載流（liú）子的擴散長度、光子（zǐ）吸收係數等，所以光照特性指的是（shì）矽型光伏電池的電氣性能和（hé）光照強度之間的關係，其特性（xìng）曲線見圖2和圖3。

        圖2常溫下不同日（rì）照的伏安特性                  圖3 參考日照（zhào）不同溫度下的伏（fú）安特性
 
在一定條件下（xià），一串聯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（tā）被光照的太陽能電池組件所（suǒ）產生的能量，被遮擋的太陽能電池組件此（cǐ）時將會（huì）發熱， 就是“熱斑效應”。這種效應能嚴重地破壞太陽能電組件。有光照組件所產生（shēng）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（yáng）能電池組件的串聯回路（lù）中，假定其中一塊被部分遮擋，調節負（fù）載（zǎi）電阻R，可使太陽（yáng）能組件的工作狀態（tài）由開路到短（duǎn）路。
可以從d、c、b、a四種工作（zuò）狀態進行分析：
（1）調整太陽能電池組件的（de）輸（shū）出阻抗，使其工（gōng）作在開路（d點），此時工作（zuò）電流為0，開路電壓U_Gd等於電池組件1和電池組件2的開路電壓之和。
（2）當調整阻（zǔ）抗使電池組件工（gōng）作在c點，電池組件1和電池組件2都有正的功率輸出。
（3）當電池組件工作點在b點，此時電池組件1仍然工作在正功率輸出，而（ér）受遮擋的電池（chí）組件2已經工（gōng）作在短路狀態，沒有功率（lǜ）輸出，但也（yě）還（hái）沒有成為（wéi）功率的接受體（tǐ），還沒有成為電池組件1的負載。
（4）當電池組（zǔ）件工（gōng）作在短路狀態（a點），此時（shí）電池組件1仍然有正的功率輸出，而電（diàn）池組件2上的電（diàn）壓已經反向，電（diàn）池（chí）組件2成（chéng）為電池組件1的負載，不考慮回路中串聯電阻的話，此時電池組件1的功率全（quán）部（bù）加到了電池組件2上，如果（guǒ）這種狀態持續時間很長或（huò）電池組件1的功率（lǜ）很大，就會在被遮擋的（de）電（diàn）池組件2上造成熱斑（bān）損傷。
（5）應當注意到，並不是僅在電池組件（jiàn）處於短路狀態才會發生“熱斑效應（yīng）”，從b點到a點的工作區間，電池組件2都處於（yú）接（jiē）受功率的狀態，這在實際工（gōng）作會經常發生（shēng），如旁路型控製器在蓄電池充滿時（shí）將通過（guò）旁路開關將太陽能電池組件短路，此時就（jiù）很容易形成熱斑。
圖7為並聯（lián）回路（lù）受遮擋電池組（zǔ）件的“熱斑效應”分析。受遮擋電池組件定義（yì）為2號，用I-U曲線2表（biǎo）示；其餘電池組（zǔ）件合起來定義為1號，由I-U曲線1號表示；兩者的串聯方陣為組（G），用I-U曲線G表示。

                                   圖7
可以從a、b、c、d四種工作狀態進行分析：
（1）調（diào）整太陽（yáng）能電流組的輸出阻（zǔ）抗，使其工作在短路（a點），此時電（diàn）池組件的電壓為0，組短（duǎn）路電流Isc等於電池組件的輸出阻（zǔ）抗，使其電池1和電池組件2的短（duǎn）路電流之和（hé）。
（2）當調整阻（zǔ）抗使電池（chí）組工作在B點，電池組件（jiàn）1和電池組件2都有正的功率輸出。
（3）當電池組件工作在c點，此時電池組件1仍然有正的功率輸出，而（ér）受遮（zhē）擋的電池組件2已經工作在開路狀（zhuàng）態，沒（méi）有功率輸出，但也沒有成為功率的（de）接受體，還沒（méi）有成為電（diàn）池組件（jiàn）1的負載。
（4）當電池（chí）組工作（zuò）在（zài）開路狀態（tài）（D點），此時電池組件1仍（réng）然有正的功率（lǜ）輸出，而電池組件2上的電流（liú）已經反向（xiàng），電池組件2成為電池組件1的負載（zǎi），不考（kǎo）慮回路中其他旁（páng）路電流的話（huà），此時電池組件1的功（gōng）率全部（bù）加到（dào）了電（diàn）池組件（jiàn）2上（shàng），如果（guǒ）這種狀（zhuàng）態（tài）持續時間很長或電池組件（jiàn）1的功率很大，也會在被（bèi）遮擋的電池組（zǔ）件2上（shàng）造成熱（rè）斑損傷。
（5）應當注意到，從c點到d點的工作區間，電池（chí）組件2都處於接受功率的狀（zhuàng）態。並聯電池組件處於開路或接近開路（lù）狀態在實際（jì）工作中也有可能（néng），對於脈寬調製控製器，要求隻有一個輸入端，當係統功（gōng）率較大，太陽能電池組件（jiàn）會采用多（duō）組並（bìng）聯，在蓄電接近充滿時（shí），脈衝（chōng）寬（kuān）度變窄，開關晶體管處於臨近截止狀態，太陽能電（diàn）池組件的工作點（diǎn）向（xiàng）開（kāi）路方向移動，如果沒有在各（gè）並聯支路上加裝阻斷（duàn）二極管，發生熱斑效應的概率就會很大。
為防止太（tài）陽（yáng）能電池組件由於熱斑效應（yīng）而被破壞，需要在太陽能電池組件的正負極（jí）間並聯一個旁路二極管，以避免串聯回路中光照組件所產生的能（néng）量被遮蔽（bì）的組件所消耗。同樣，對於每一個並聯（lián）支路，需要串聯一（yī）隻二極管（guǎn），以避免並聯回路中（zhōng）光照組件所產（chǎn）生的能量（liàng）被遮蔽的組件所吸收，串聯二極管在獨（dú）立光伏發電（diàn）係統中可同時起到防止蓄電池在夜間反充電（diàn）的功能。
   四、實（shí）驗步驟：
     1.在麵（miàn）板上的太陽能光伏實驗區按實驗需求把電壓表、電流表按實驗功能連接。
       連接過（guò）程中，注意“正”“負”極（jí）。
     2.接（jiē）通“總開（kāi）關”，此時指示燈亮，直流電壓表和直（zhí）流電流表均通（tōng）電（diàn）工作，然後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（de）幾種遮（zhē）光度不同的材料，如白紙、布、塑料膜（mó）等，分別用所（suǒ）選擇的材料遮擋整塊（kuài）太陽能電池板，記錄每（měi）一（yī）種情況下太陽能電（diàn）池板輸出的（de）電壓：

序（xù）號	材   料	太陽能電池板（bǎn）輸（shū）出電壓/V
1
2
3
4
5

4.用同一（yī）遮擋板遮擋（dǎng）太陽能電池板，按照遮擋部分（fèn）的麵積增加或減（jiǎn）小的（de）順序，測量並記（jì）錄太陽（yáng）能電池板輸出的電壓值：

序號（hào）	遮（zhē）擋麵積/%	太（tài）陽能電池板輸出電壓/V
1
2
3
4
5

5.用（yòng）同一遮擋板遮（zhē）擋一部分太陽（yáng）能電池板，同時在“控製器”部分的（de）輸入接口接入可調電阻箱（xiāng），增加或減小負載（zǎi）的阻值，並記錄太陽能（néng）電池板輸出的（de）電壓值與電流：查看在阻值為多少（shǎo）時太（tài）陽能電池板發生了“熱斑效應”。
6.試驗完（wán）畢，應該關閉“總開關”，卸下電（diàn）纜線插頭。
   五、注意事項
1.要使用足夠大的遮擋板，能（néng）夠完全覆蓋整個電池板。
2.使用同一塊遮擋板（bǎn）改變其遮擋麵積的試驗中，要盡快（kuài）～5組數據，不可長時間使某一部分處於遮擋狀態。