文档介绍：太阳能电池特性测量及应用实验能源短缺和地球生态环境污染已经成为人类面临的最大问题。本世纪初进行的世界能源储量调查显示, 全球剩余煤炭只能维持约 216 年, 石油只能维持 45年, 天然气只能维持 61年, 用于核发电的铀也只能维持 71年。另一方面, 煤炭、石油等矿物能源的使用, 产生大量的 CO2、 SO2 等温室气体, 造成全球变暖,冰川融化,海平面升高,暴风雨和酸雨等自然灾害频繁发生,给人类带来无穷的烦恼。根据计算,现在全球每年排放的 CO2 已经超过 500 亿吨。我国能源消费以煤为主, CO2 的排放量大约占世界的 2 5% ,位居世界第一,所以减少排放 CO2、 SO2 等温室气体,已经成为刻不容缓的大事。推广使用太阳辐射能、水能、风能、生物质能等可再生能源是今后的必然趋势。广义地说,太阳光的辐射能、水能、风能、生物质能、潮汐能都属于太阳能, 它们随着太阳和地球的活动, 周而复始地循环, 几十亿年内不会枯竭, 因此我们把它们称为可再生能源。太阳的光辐射可以说是取之不尽、用之不竭的能源。太阳与地球的平均距离为 1亿5 千万公里。在地球大气圈外, 太阳辐射的功率密度为 /m 2, 称为太阳常数。到达地球表面时, 部分太阳光被大气层吸收, 光辐射的强度降低。在地球海平面上, 正午垂直入射时, 太阳辐射的功率密度约为 1kW /m 2, 通常被作为测试太阳电池性能的标准光辐射强度。太阳光辐射的能量非常巨大, 从太阳到地球的总辐射功率比目前全世界的平均消费电力还要大数十万倍。照射在地球上的太阳能非常巨大,每年到达地球的辐射能相当于 49000 亿吨标准煤的燃烧能, 大约 40 分钟照射在地球上的太阳能, 便足以供全球人类一年的能量消费。可以说, 太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电干净,不产生公害。所以太阳能发电被誉为最理想的能源。太阳能发电有两种方式。光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电, 一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成蒸气, 再驱动汽轮机发电, 太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高。光—电直接转换方式是利用光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能,光—电转换的基本装置就是太阳能电池。它同以往其它电源发电原理不同,具有无枯竭危险,无污染,不受资源分布地域的限制等特点。与传统发电方式相比, 太阳能发电目前成本较高, 所以通常用于远离传统电源的偏远地区, 2002 年, 国家有关部委启动了“西部省区无电乡通电计划”,通过太阳能和小型风力发电解决西部七省区无电乡的用电问题。随着研究工作的深入与生产规模的扩大,太阳能发电的成本下降很快,而资源枯竭与环境保护导致传统电源成本上升。太阳能发电有望在不久的将来在价格上可以与传统电源竞争, 太阳能应用具有光明的前景。太阳能不但数量巨大, 用之不竭, 而且是不会产生环境污染的绿色能源, 所以大力推广太阳能的应用是世界性的趋势。根据所用材料的不同, 太阳能电池可分为硅太阳能电池, 化合物太阳能电池, 聚合物太阳能电池, 有机太阳能电池等。其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的,在应用中居主导地位。太阳能发电有离网运行与并网运行 2 种发电方式。并网运行是将太阳能发电输送到大电网中, 由电网统一调配, 输送给用户。此时太阳能电站输出的电能必需与电网电能同频率、同相位, 并满足电网安全运行的诸多要求。大型太阳能电站大都采用并网运行方式。离网运行是太阳能系统与用户组成独立的供电网络。由于光照的时间性,为解决无光照时的供电,必需配有储能装置,或能与其它电源切换、互补。中小型太阳能电站大多采用离网运行方式。本实验研究单晶硅,多晶硅,非晶硅 3 种太阳能电池的特性以及离网型应用系统。一、实验要求 1. 太阳能电池的暗伏安特性测量 2. 测量太阳能电池的开路电压和光强之间的关系 3. 测量太阳能电池的短路电流和光强之间的关系 4. 太阳能电池的输出特性测量 5. 了解并掌握太阳能发电系统的组成及工程应用 6. 测量失配及遮挡对太阳能电池输出的影响 7. 太阳能电池对储能装置两种方式充电实验 8. 太阳能电池直接带负载实验 DC-DC 匹配电源电压与负载电压实验 10. DC-AC 逆变与交流负载实验二、实验原理 1 、太阳能电池太阳能电池利用半导体 P-N 结受光照射时的光伏效应发电, 太阳能电池的基本结构就是一个大面积平面 P-N 结, 图1为 P-N 结示意图。 P 型半导体中有相当数量的空穴, 几乎没有自由电子。 N 型半导体中有相当数量的自由电子,几乎没有空穴。当两种半导体结合在一起形成 P-N 结时, N 区的电子(带负电)向 P 区扩散, P 区的空穴(带正电)向 N 区扩散,在 P-N 结附近形成空间电荷区与势垒电场。势垒电场会使载流