实验一、单晶硅太阳电池特性测试
一、
实验目的
1．了解单晶硅太阳电池的工作原理和结构。
2．了解单晶硅太阳电池的外特性。
3．了解单晶硅太阳电池外特性的影响因素。
二、 实验仪器
1．单晶硅太阳电池板 一块 2．单晶硅太阳电池阵列 一块 3．光源（氙灯） 一套 4．调压器 一台 5．数字万用表 两块 6．定值变阻 若干 7．光辐射计 一块
三、 实验任务
1． 模拟太阳光条件下，单晶硅太阳电池单电池的输出外特性曲线。
测量记录日期、时间和地点，绘制电池的外形结构图并记录电池几何参数（用于计算电池面积），并记录太阳光当时辐射强度，按照图1所示实验原理图接线。
(1) 在室内太阳光模拟器下，分别测试光强为1 sun （1000 W/m 2）、0.5 sun （500 W/m 2）下的电池短路电流（I sc ）和空载电压（U oc ），以及输出外
特性曲线。
(2) 具体测量方法：分别在上述一定光强下，逐步改变电阻箱（负载）的阻值R L ，分别测量电池两端的I 和U 。
根据测量结果绘制上述不同条件下的电池外特性曲线。
图1 单晶硅电池阵列外特性测试
2．自然太阳光条件下，单晶硅太阳电池单电池的输出外特性曲线。
(1)选择户外有太阳光的地方，记录天气状况，测试时间，并测试太阳
光辐射强度；
(2)改变单晶硅电池板与地平线的夹角，分别测量在0o、30o和45o夹
角下，电池的短路电流（I sc）和空载电压（U oc）。
(3)分别在上述夹角下，逐步改变电阻箱的阻值（即负载电阻）R L，测
量不同电阻值下的电池两端的I和U，以绘制上述不同条件下的电
池外特性曲线。
3．单晶硅太阳电池电池阵列板的的输出外特性
测量记录日期、时间和地点；记录太阳电池阵列的结构与几何尺寸，应于估算电池面积；记录天气状况、太阳光当时辐射强度，按照图1所示实验原理图接线。
(1)在太阳光照下，水平放置电池阵列板，先测试出在当前光照下的短路电
流（I sc）和空载电压（U oc），在逐步改变负载，测量电池阵列的输出外
特性。
(2)用黑色遮光板遮住一半面积的阵列板，记录电池的短路电流（I sc）和空
载电压（U oc），进一步测量该条件下的外特性曲线。
四、实验结果
1．绘制单电池与阵列板串并联方式简图，标明单电池与电池阵列的有效面积。
单电池有效面积：10.84cm2
电池阵列有效面积：36*10.84cm2
2．整理实验数据，分别绘出单晶硅电池单电池、电池阵列板在不同测试条件下的外特性。
(1)自然光条件下：
0度
填充因子：0.45
效率：6.00%
图一：0度单电池外特性
单电池30度
填充因子：0.44
效率：6.10%
图二：30度单电池外特性
单电池45度
填充因子：0.43
效率：6.10%
图三：45度单电池外特性（2）单晶硅单电池室内
入射光强：100 mw/cm2
填充因子：0.19
效率：0.52%
图四：单晶硅单电池室内100 mw/cm2入射光强外特性
入射光强：60mw/cm2
填充因子：0.26
效率：087%
图五：单晶硅单电池室内60 mw/cm2入射光强外特性
（3）单晶硅模块在自然光条件下
填充因子：0.68
效率：10.90%
图六：单晶硅模块自然光条下的外特性
单晶硅模块遮一半
填充因子：0.23
效率：0.05%
图六：单晶硅模块遮一半自然光条下的外特性
3．根据测试数据，分析模拟光强对单电池电池I sc和U oc的的影响，并分析所测得的I sc和U oc的实验数据是否复合理论结果。
光强越大,电压和电流都增大。
符合理论结果。
因为单晶硅单电池在室内100mw/cm2下开路电压时
0.556V，短路电流时95.6mA
单晶硅单电池在室内60 mw/cm2下开路电压时0.51V，短路电流时79mA
4．分析单电池电池板的放置角度对输出特性、最大输出功率的影响特征。
放置角度影响输入光强，光强增加，电流增大,电压不变,输出功率增大,效率增大。
但实验数据表明实验设置的三个角度下测得的填充因子和效率基本一致。
分别是：
0度
填充因子：0.45
效率：6.00%
单电池30度
填充因子：0.44
效率：6.10%
单电池45度
填充因子：0.43
效率：6.10%
分析原因是由于西安的纬度决定了所设置的30度和45度刚好处于最大入射光强角度的两边，即入射光强基本一致。
猜测另一个原因是：当天测试环境下原本的太阳光就不强，即使发生电池与入射光的角度差异，带来的入射光强差基本可以忽略。
5．分析单晶硅电池板一半面积被遮挡的情况下电池输出性能变化原因，分析单晶硅光伏单电池与电池阵列板输出特性的差异及影响因素，了解串关联结构的特征。
由于本组测试时是正午，用来遮挡电池板的挡光纸不能完全遮住太阳光，电池在微弱的入射光下，产生了极小的电流。
实验结果得到单晶硅模块在遮一半时测得短路电流为1.9mA。
另一方面，被遮挡的部分变为较大的电阻,其他部位的电阻变化对内阻影响不大,可看做恒定内阻。
可以从实验结果中得到：单晶硅模块在遮一半时的电压比单晶硅单电池大得多，因为模块式单电池的串联结构，回路电压是每个单电池电压之和。