太阳能光伏发电小实验（报告）
院系: 自动化科学与电气工程学号: 12031031
姓名: 赵林林
日期:2015.4.29
摘要
本文在理解太阳能光伏发电原理的基础上，以实验报告的形式总结了一个有趣的太阳能光伏发电小实验，成功验证了太阳能光伏发电的原理。

关键词: 太阳能光伏发电实验
Abstract
In understanding the basis of the principle of solar photovoltaic power generation in this paper, in the form of a lab report summarizes an interesting photovoltaic small experiment, verify the principle of solar photovoltaic power generation to success. Key words: solar photovoltaic power generation experiment
正文部分
一、实验原理
光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。

（1）PN结
太阳能电池发电的原理是基于半导体的光生伏特效应将太阳辐射直接转换为电能。

在晶体中电子的数目总是与核电荷数相一致，所以P型硅和N型硅对外部来说是电中性的。

如将P型硅或N型硅放在阳光下照射，仅是被加热，外部看不出变化。

尽管通过光的能量电子从化学键中被释放，由此产生电子－空穴对，但在很短的时间内（在μS范围内）电子又被捕获，即电子和空穴“复合”。

当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。

这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。

N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。

达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，这就是P －N结。

（2）光生伏特效应
如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子－空穴对。

界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。

电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。

通过界面层的电荷分离，将在P 区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。

此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。

对晶体硅太阳能电池来说，开路电压的典型数值为0.5～0.6V。

通过光照在界面层产生的电子－空穴对越多，电流越大。

界面层吸收的光能越多，界面层即电池面积越大，在太阳能电池中形成的电流也越大。

（3）光电池的基本原理
光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”。

它实质上是一个大面积的PN结，当光照射到PN结的一个面，例如P型面光伏发电时，若光子能量大于半导体材料的禁带宽度，那么P型区每吸收一个光子就产生一对自由电子和空穴，电子-空穴对从表面向内迅速扩散，在结电场的作用下，最后建立一个与光照强度有关的电动势。

二、实验装置
太阳能光电池板2块直流小电机小风车
三、实验步骤
（1）将太阳能电池板采用并联连接，风车接在小电机的输出轴上，将电池板引出线接到电机两端组成完整的实验装置；
（2）将实验装置置于阳光下，人为改变光照强度，观察记录实验现象。

四、实验现象
部分可参照视频
将实验装置整体置于阳光下，由于电机存在启动转矩，人为施加
一个转矩之后观察到小风车快速的旋转起来；
由于光电池并联，与一块电池相比，电压不变，变化的是电流，将手置于一块电池板上可以观察到风车的转速逐渐变慢直至停止。

验证了太阳能光电池产生的电动势与光照强度存在一定的正相关关系。

总结
太阳能光伏发电利用光生伏特效应将太阳能转换成为与光强相关的电动势，经过实验验证，有可观的前景和价值。

参考文献
【1】孟浩，太阳能光伏发电技术研究评述，高技术通讯，2013，23（6）。