太阳能光伏发电实验指导书.docx
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太阳能光伏发电实验指导书
太阳能光伏发电
实验指导书
郑州科技学院
电子信息工程教研室编
实验一太阳能电池板特性测试
一、实验目的
1.了解和掌握太阳能电池板原理及应用。
2.理解太阳能电池的基本特性和主要参数，掌握测量太阳能电池的基本特性和主要参数的基本原理和基本方法。
二、实验原理
1.开路电压（）
电池不放电时，电池两极之间的电位差被称为开路电压。
一个基本的带电源、联接导体，负载的电路，如果某处开路，断开两点之间的电压为开路电压。
电路开路时我们可理解为就是在开路处接入了一个无穷大的电阻，不可质疑，这个无穷大的电阻是串联于这个电路中的，根据串联电路中电阻的分压公式，这个无穷大电阻两端的分电压将为电路中的最高电压即电源电压。
所以线路开路时开路电压一般表现为电源电压。
2.短路电流（）
短路电流是由于故障或连接错误而在电路中造成短路时所产生的过电流。
短路电流将引起下列严重后果：
短路电流往往会有电弧产生，它不仅能烧坏故障元件本身，也可能烧坏周围设备和伤害周围人员。
巨大的短路电流通过导体时，一方面会使导体大量发热，造成导体过热甚至熔化，以及绝缘损坏；另一方面巨大的短路电流还将产生很大的电动力作用于导体，使导体变形或损坏。
短路也同时引起系统电压大幅度降低，特别是靠近短路点处的电压降低得更多，从而可能导致部分用户或全部用户的供电遭到破坏。
网络电压的降低，使供电设备的正常工作受到损坏，也可能导致工厂的产品报废或设备损坏，如电动机过热受损等。
电力系统中出现短路故障时，系统功率分布的突然变化和电压的严重下降，可能破坏各发电厂并联运行的稳定性，使整个系统解列，这时某些发电机可能过负荷，因此，必须切除部分用户。
短路时电压下降的愈大，持续时间愈长，破坏整个电力系统稳定运行的可能性愈大。
3.功率曲线（）
太阳能电池板的输出电压与输出电流的乘积即为太阳能电池板的输出功率，用表示。
把测得的不同组数据所获得的输出功率用曲线连接起来就得到太阳能电池板的功率曲线，通过功率曲线还可以大致地估计太阳能电池板的最大输出功率。
三、实验仪器设备及材料
表1-1实验仪器设备及材料
序号
设备名称
型号与规格
数量
1
太阳能光伏发电系统实训平台
V-Ets-solar-IV
1
2
导线
红线、黑线
若干
四、实验内容和步骤
1.太阳能电池板开路电压测试
（1）在实验台上按照图1-1连接好实验导线。
图1-1太阳能电池板开路电压测试示意图
（2）打开“模拟光源控制单元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一个开关。
（3）仔细观察实验台上的“充电电压表”的值，记录下其中的最大值即为太阳能电池板的
“最大开路电压”。
2.太阳能电池板短路电流测试
（1）在实验台上按照图1-2连接好实验导线。
图1-2太阳能电池板短路电流测试示意图
（2）打开“模拟光源控制单元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一个开关。
（3）仔细观察实验台上的“充电电流表”的值，记录下其中的最大值即为太阳能电池板的“最大短路电流”。
3.太阳能电池板I-V特性测试
（1）在实验台上按照图1-3连接好实验导线。
图1-3太阳能电池板I-V特性测试示意图
（2）打开“模拟光源控制单元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一个开关。
（3）将电阻箱调节如下几组阻值，并记录下每个刻度的电压、电流值于下表1-2中。
表1-2太阳能电池板I-V特性测试数据记录表
电阻值（欧）
0
10
50
100
500
1K
5K
10K
电流（mA）
电压（V）
（4）根据表格电压电流值画出太阳能电池的伏安特性曲线图，为了更好的描述太阳能电池输出伏安特性曲线，可以再适当增加测试几组数据。
4.太阳能电池板的暗伏安特性测试实验
（1）在实验台上按照图1-4连接好实验导线。
图1-4太阳能电池板的暗伏安特性测试示意图
（2）用遮光板完全遮挡住太阳能电池板的表面，将电阻箱的阻值调节到50Ω。
（3）将“可调稳压电源”的电压调至0V，然后逐渐增大输出电压，每隔0.5V记录一次电流值于下表中。
（4）将“可调稳压电源”的电压调至0V，对调“可调稳压电源”输出接口的红黑线。
即给太阳能电池板加反向电压，逐渐增大反向输出电压，每隔0.5V记录一次电流值于表1-3中。
表1-3太阳能电池板的暗伏安特性测试数据记录表
电压（V）
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
-2.5
-3
电流（mA）
（5）根据表格电压电流值画出太阳能电池的暗伏安特性曲线图。
五、注意事项
1.光照方向对光电池输出影响较大，实验时应给予注意。
2.电压表、电流表的量程必须分别大于太阳能电池板的开路电压和短路电流。
3.在绘制功率曲线时应多测几组数据。
4.实验结束后必须拆散电路，整理好仪器。
六、思考题
1.太阳能电池的基本特性和主要参数有哪些？
2.太阳能电池在使用时能否短路？
为什么？
3.暗条件下的太阳能电池相当于电池还是负载？
七、实验报告要求
完成相关实验数据的测量和计算，绘制相关的曲线图，并注意标注实验数据测定的条件。
实验二太阳能电池板的串联、并联特性测试实验
一、实验目的
1.了解太阳能电池的串联开路电压和短路电流特性。
2.了解太阳能电池的并联开路电压和短路电流特性。
二、实验原理
太阳电池组件则是将太阳单体电池进行串、并联组合而构成的一个整体。
组件的电性能将随单体电池的串、并联数量而与单体电池电性能产生量的变化。
串联时电流相等，电压叠加，串联后的伏安特性如图2-1所示，要提升电压需要串联，缺点是电流值趋向于最小电流的电池板。
图2-1太阳能电池串联特性
并联时电流叠加，电压相等并联后的伏安特性如图2-2所示。
提高功率一般需要并联，缺点是电压趋向于最小电压的电池板。
图2-2太阳能电池并联特性
电池板的连接方式不是优缺点来决定的，它是根据负载的电压决定串联个数，根据负载功率决定并联个数。
三、实验仪器设备及材料
表2-1实验仪器设备及材料
序号
设备名称
型号与规格
数量
1
太阳能光伏发电系统实训平台
V-Ets-solar-IV
1
2
导线
红线、黑线
若干
四、实验内容和步骤
1.太阳能电池板的串联开路电压测试
（1）在实验台上按照图2-3连接好实验导线。
图2-3太阳能电池板的串联开路电压测试示意图
（2）打开“模拟光源控制单元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一个开关。
（3）仔细观察实验台上的“充电电压表”的值，记录下其中的最大值即为四块太阳能电池板串联的最大“开路电压”。
2.太阳能电池板的串联短路电流测试
（1）在实验台上按照图2-4连接好实验导线。
图2-4太阳能电池板的串联短路电流测试示意图
（2）打开“模拟光源控制单元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一个开关。
（3）仔细观察实验台上的“充电电流表”的值，记录下其中的最大值即为四块太阳能电池板串联的最大“短路电流”。
3.太阳能电池板的串联I-V特性测试
（1）将四块太阳能电池板串联后按照以下步骤测试数据。
（2）打开“模拟光源控制单元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一个开关。
（3）将电阻箱调节如下几组阻值，并记录下每个刻度的电压、电流值于表2-2中。
表2-2太阳能电池板的串联I-V特性测试数据记录表
电阻值（欧）
0
10
50
100
500
1K
5K
10K
电流（mA）
电压（V）
（4）根据表格电压电流值画出太阳能电池串联的伏安特性曲线图，为了更好的描述太阳能电池输出伏安特性曲线，可以再适当增加测试几组数据。
4.太阳能电池板的并联开路电压测试
（1）在实验台上按照图2-5连接好实验导线。
图2-5太阳能电池板的并联开路电压测试示意图
（2）打开“模拟光源控制单元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一个开关。
（3）仔细观察实验台上的“充电电压表”的值，记录下其中的最大值即为四块太阳能电池板并联的最大“开路电压”。
5.太阳能电池板的并联短路电流测试
（1）在实验台上按照图2-6连接好实验导线。
图2-6太阳能电池板的并联短路电流测试示意图
（2）打开“模拟光源控制单元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一个开关。
（3）仔细观察实验台上的“充电电流表”的值，记录下其中的最大值即为四块太阳能电池板并联的最大“短路电流”。
6.太阳能电池板的并联I-V特性测试
（1）将四块太阳能电池板并联后按照以下步骤测试数据。
（2）打开“模拟光源控制单元”里面“晨日”、“午日”、“夕日”中的任意一个开关。
（3）将电阻箱调节如下几组阻值，并记录下每个刻度的电压、电流值于表2-3中。
表2-3太阳能电池板的并联I-V特性测试数据记录表
电阻值（欧）
0
10
50
100
500
1K
5K
10K
电流（mA）
电压（V）
（4）根据表格电压电流值画出太阳能电池并联后的伏安特性曲线图，为了更好的描述太阳能电池输出伏安特性曲线，可以再适当增加测试几组数据。
五、注意事项
1.光照方向对光电池输出影响较大，实验时应给予注意。
2.电压表、电流表的量程必须分别大于太阳能电池板的开路电压和短路电流。
3.实验结束后必须拆散电路，整理好仪器。
六、思考题
1.太阳能电池串联时，如果其中一个太阳能电池的光照强度较低，那么输出的电压和电流将如何变化。
2.太阳能电池并联时，如果其中一个太阳能电池的光照强度较低，那么输出的电压和电流将如何变化。
七、实验报告要求
完成相关实验数据的测量，并注意标注实验数据测定的条件。
实验三负载特性测试实验
一、实验目的
了解太阳能电池板的直接负载特性
二、实验原理
在没有光照时太阳能电池可视为一个理想二极管，在一定的光照下太阳能电池的输出电压与输出电流的关系图3-1所示。
图3-1太阳能电池输出电压与输出电流的关系图
当输出端接负载电阻时，则有对应的端电压、负载电流和输出功率；负载电阻不同，对应的端电压、负载电流和输出功率也不同。
只有当R为某一定值时，输出功率最大，这就是最佳负载电阻，此时能量转换效率最高。
在一些应用中，必须考虑最佳负载电阻的选取。
最佳负载电阻取决于光电池的内阻，用测定最大输出功率所对应的最佳负载电阻可得到光电池的内阻值，此值一般只有几十欧姆。
最佳负载电阻的大小和光照面积及入射光强有关。
输出电压、输出电流、输出功率与负载电阻的关系如图3-2所示。
图3-2输出电压、输出电流、输出功率与负载电阻的关系图
一定光照条件下光电池的伏安特性曲线如图3-3所示。
图3-3一定光照条件下光电池的伏安特性曲线
三、实验仪器设备及材料
表3-1实验仪器设备及材料
序号
设备名称
型号与规格
数量
1
太阳能光伏发电系统实训平台
V-Ets-solar-IV
1
2
导线
红线、黑线
若干
四、实验内容和步骤
1.载特性测试实验
（1）在实验台上按照图3-4连接好实验导线。
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