光伏发电技术基础
山东理工职业学院
第三章 太阳能电池的测试
知识回顾
光伏效应
太阳电池发电原理示意图
太阳电池的表征参数
光电流Iph 结正向电流ID n p
I I ph I D I ph
I
Rs
qVD Байду номын сангаас 0 exp nk T 1 B
2.光谱分布
太阳电池对不同波长的光具有不同的响应，就是说辐照度 相同而光谱成分不同的光照射到同一太阳电池上，其效果是不 同的，太阳光是各种波长的复合光，它所含的光谱成分组成光 谱分布曲线，而且其光谱分布也随地点、时间及其它条件的差 异而不同，在大气层外情况很单纯，太阳光谱几乎相当于 6000K的黑体辐射光谱，称为AM0光谱。在地面上，由于太阳 光透过大气层后被吸收掉一部分，这种吸收和大气层的厚度及 组成有关，因此是选择性吸收，结果导致非常复杂的光谱分布。 而且随着太阳天顶角的变化，阳光透射的途径不同吸收情况也 不同。所以地面阳光的光谱随时都在变化。因此从测试的角度 来考虑，需要规定一个标准的地面太阳光谱分布。目前国内外 的标准都规定，在晴朗的气候条件下，当太阳透过大气层到达 地面所经过的路程为大气层厚度的1.5倍时，其光谱为标准地 面太阳光谱，简称AM1.5标准太阳光谱。此时太阳的天顶角为 48.19，原因是这种情况在地面上比较有代表性。
定义
工作时输出的辐 照度稳定不变 毫秒量级脉冲发 光
类型
稳态
优点
连续照射 稳定 标准太阳光 瞬间功率大
缺点
适合
光学系统和 制造小面积 供电系统复 太阳模拟器 杂庞大 采集系统复 大面积测量 杂
脉冲
稳态太阳模拟器
脉冲式太阳模拟器
模拟器光源
电光源 结构 卤光灯加 水膜 卤钨灯加 介质膜 氙灯加滤 光片 特征 缺点 备注
脉冲氙灯 脉冲氙灯
3.2 太阳模拟器光学特性检测
1.辐照不均匀度的检测
辐照不均匀度是对测试平面上不同点的辐照度而言的，当辐 照度不随时间改变时： 辐照不均匀度＝±（最大辐照度－最小辐照度）/（最大辐照 度＋最小辐照度）×100％ 在测量单体电池时，辐照不均匀度应使用不超过待测电池 面积1/4的检测电池来检测。在测量组件时，应使用不超过待测 组件面积1/10的检测电池来检测。
3.发光强度
发光强度简称光强，国际单位是candela（坎德拉）简写 cd。1cd是指单色光源（频率540X1012HZ，波长0.550微米） 的光，在给定方向上的单位立体角内发出的光强度，光源辐 射是均匀时，则光强为I=F/Ω，Ω为立体角，单位为球面度 （sr）,F为光通量，单位是流明，对于点光源由I=F/4 。
负载
如果忽略太阳电池的串联电阻Rs,VD 即为太阳电池的端电压V，即
Iph
D
Rsh
I I ph
qV I 0 exp nk T 1 B
1.短路电流:当太阳电池的输出端短路时，V = 0 （VD≈0），得:
I sc I ph
影响因素：面积、光强、温度
二、太阳辐射的基本特性 1.辐照度
通常称为“光强”，即入射到单位面积上的光功率，单位 是W/m2或mW/cm2。
对空间应用，规定的标准辐照度为1367W/m2，对地面应 用，规定的标准辐照度为1000 W/m2。实际上地面阳光和很 多复杂因素有关，这一数值仅在特定的时间及理想的气候和 地理条件下才能获得。地面上比较常见的辐射照度是在 600~900 W/m2范围内，除了辐照度数值范围以外，太阳辐射 的特点之一是其均匀性，这种均匀性保证了同一太阳电池方 阵上各点的辐照度相同。
2.辐照不稳定度的检测
测试平面上同一点的辐照度随时间改变时：
辐照不稳定度＝±（最大辐照度－最小辐照度）/（最大辐 照度＋最小辐照度）
3.光谱失配误差计算
光谱失配误差=
F
0
T , AM 1.5
( ) FS , AM 1.5 ( )B( ) 1d
4.转换效率（η）：
太阳电池的最大输出功率与照射到太阳电池的总辐射能Pin之比
I mVm Pin
太阳电池测试
通过模拟太阳灯 光照射到电池片 表面 测试太阳电池的 电性能参数
光强：1000W/m2
光谱分布：AM1.5
电池温度：25℃
3.1太阳模拟器 一、概述
太阳电池是将太阳能转变成电能的半导体器件，从应 用和研究的角度来考虑，其光电转换效率、输出伏安特性 曲线及参数是必须测量的，而这种测量必须在规定的标准 太阳光下进行才有参考意义。如果测试光源的特性和太阳 光相差很远，则测得的数据不能代表它在太阳光下使用时 的真实情况，甚至也无法换算到真实的情况，考虑到太阳 光本身随时间、地点而变化，因此必须规定一种标准阳光 条件，才能使测量结果既能彼此进行相对比较，又能根据 标准阳光下的测试数据估算出实际应用时太阳电池的性能 参数。
2.开路电压:当太阳电池的输出端开路时，I = 0，得:
nk BT I sc Voc ln 1 I q 0
影响因素：光强、温度、材料特性
负载伏–安特性曲线如图所示
3.填充因子（FF）：
最大输出功率与开路电 压和短路电 流乘积之比
Pm Vm I m FF Voc I sc Voc I sc
卤光灯
光谱和日光差别大，红 3cm水膜滤除部分 外线含量大，紫外线含 红外线，无法补充 量少，色温2300K， 紫外线 反射镜对红外线透明， 其他光线反射，色温 3400K 灯寿命短，50H
简易型
冷光灯
简易型
氙灯
光斑不均匀，电路 光谱接近日光，但红外 复杂，价格贵，光 精密太阳 线多些，用滤光片滤掉 学积分设备复杂， 能模拟器 有效面积难做大 短时间光强强，光谱特 征比稳态氙灯好，可以 得到大面积均匀光斑
地面标准阳光条件是具有1000 W/m2的辐照度，AM1.5的 太阳光谱以及足够好的均匀性和稳定性，这样的标准阳光在 室外能找到的机会很少，而太阳电池又必须在这种条件下测 量，因此，唯一的办法是用人造光源来模拟太阳光，即所谓 太阳模拟器。
三、太阳模拟器分类

1.稳态太阳模拟器 2.脉冲式太阳模拟器