主頁(yè) > 技能大賽 > 環(huán)境對(duì)光伏轉(zhuǎn)換影響實(shí)驗(yàn)2021-09-15

環(huán)境對(duì)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(duì)太陽(yáng)能電池發(fā)電的影響。
2.理解光照強(qiáng)度和角度對(duì)太陽(yáng)能電池發(fā)電的影響。
   二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：

序號(hào) 名     稱(chēng) 備     注

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

2 萬(wàn)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(shí)存在的。
1. 光譜響應(yīng)
絕對(duì)光譜響應(yīng)指當(dāng)各種波長(zhǎng)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(zhǎng)的分布求出對(duì)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(duì)光譜響應(yīng)。定義為：當(dāng)各種波長(zhǎng)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(zhǎng)的分布求其變化曲線即為相對(duì)光譜響應(yīng)。
    圖1為某一光伏電池的相對(duì)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(yáng)能輻射波長(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)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(jiàn)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(yáng)能電池組件將被當(dāng)作負(fù)載消耗其他被光照的太陽(yáng)能電池組件所產(chǎn)生的能量，被遮擋的太陽(yáng)能電池組件此時(shí)將會(huì)發(fā)熱，就是“熱斑效應(yīng)”。這種效應(yīng)能?chē)?yán)重地破壞太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能組件的工作狀態(tài)由開(kāi)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(yáng)能電池組件的輸出阻抗，使其工作在開(kāi)路（d點(diǎn)），此時(shí)工作電流為0，開(kāi)路電壓U_Gd等于電池組件1和電池組件2的開(kāi)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(shí)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(méi)有功率輸出，但也還沒(méi)有成為功率的接受體，還沒(méi)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(shí)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(shí)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(shí)間很長(zhǎng)或電池組件1的功率很大，就會(huì)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(huì)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(huì)經(jīng)常發(fā)生，如旁路型控制器在蓄電池充滿(mǎn)時(shí)將通過(guò)旁路開(kāi)關(guān)將太陽(yáng)能電池組件短路，此時(shí)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(hào)，用I-U曲線2表示；其余電池組件合起來(lái)定義為1號(hào)，由I-U曲線1號(hào)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(yáng)能電流組的輸出阻抗，使其工作在短路（a點(diǎn)），此時(shí)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(shí)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(kāi)路狀態(tài)，沒(méi)有功率輸出，但也沒(méi)有成為功率的接受體，還沒(méi)有成為電池組件1的負(fù)載。
（4）當(dāng)電池組工作在開(kāi)路狀態(tài)（D點(diǎn)），此時(shí)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(shí)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(shí)間很長(zhǎng)或電池組件1的功率很大，也會(huì)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(kāi)路或接近開(kāi)路狀態(tài)在實(shí)際工作中也有可能，對(duì)于脈寬調(diào)制控制器，要求只有一個(gè)輸入端，當(dāng)系統(tǒng)功率較大，太陽(yáng)能電池組件會(huì)采用多組并聯(lián)，在蓄電接近充滿(mǎn)時(shí)，脈沖寬度變窄，開(kāi)關(guān)晶體管處于臨近截止?fàn)顟B(tài)，太陽(yáng)能電池組件的工作點(diǎn)向開(kāi)路方向移動(dòng)，如果沒(méi)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(huì)很大。
為防止太陽(yáng)能電池組件由于熱斑效應(yīng)而被破壞，需要在太陽(yáng)能電池組件的正負(fù)極間并聯(lián)一個(gè)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(duì)于每一個(gè)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(shí)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(yáng)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(guò)程中，注意“正”“負(fù)”極。
     2.接通“總開(kāi)關(guān)”，此時(shí)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(yáng)能電池板的開(kāi)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(yáng)能電池板，記錄每一種情況下太陽(yáng)能電池板輸出的電壓：

序號(hào) 材   料太陽(yáng)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(yáng)能電池板，按照遮擋部分的面積增加或減小的順序，測(cè)量并記錄太陽(yáng)能電池板輸出的電壓值：

序號(hào) 遮擋面積/% 太陽(yáng)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(yáng)能電池板，同時(shí)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(yáng)能電池板輸出的電壓值與電流：查看在阻值為多少時(shí)太陽(yáng)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(kāi)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(gè)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(zhǎng)時(shí)間使某一部分處于遮擋狀態(tài)。

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序號(hào)	名稱(chēng)	備注
1	MY-PV39太陽(yáng)能光伏發(fā)電綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)
2	萬(wàn)用表	自備
3	幾塊材料不同、透光度不同的遮擋板	自備

序號(hào)	材料	太陽(yáng)能電池板輸出電壓/V
1
2
3
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5

序號(hào)	遮擋面積/%	太陽(yáng)能電池板輸出電壓/V
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