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環(huán)境對光伏轉(zhuǎn)換影響實(shí)驗(yàn)

 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>
1.了解外部環(huán)境對太陽能電池發(fā)電的影響。
2.理解光照強(qiáng)度和角度對太陽能電池發(fā)電的影響。
   二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備:
序號 名     稱 備     注
1 MY-PV39太陽能光伏發(fā)電綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)  
2 萬用表 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)
絕對光譜響應(yīng)指當(dāng)各種波長的單位輻射光能或?qū)?yīng)的光子入射到光伏電池上,
將產(chǎn)生不同的短路電流,按波長的分布求出對應(yīng)短路電流變化曲線。分析光伏電池的光譜響應(yīng),通常討論其相對光譜響應(yīng)。定義為:當(dāng)各種波長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,按波長的分布求其變化曲線即為相對光譜響應(yīng)。
    圖1為某一光伏電池的相對光譜響應(yīng)曲線。從曲線可以看出能夠產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)的太陽能輻射波長范圍一般在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能電池組件將被當(dāng)作負(fù)載消耗其他被光照的太陽能電池組件所產(chǎn)生的能量,被遮擋的太陽能電池組件此時(shí)將會(huì)發(fā)熱, 就是“熱斑效應(yīng)”。這種效應(yīng)能嚴(yán)重地破壞太陽能電組件。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,可使太陽能組件的工作狀態(tài)由開路到短路。
可以從d、c、b、a四種工作狀態(tài)進(jìn)行分析:
(1)調(diào)整太陽能電池組件的輸出阻抗,使其工作在開路(d點(diǎn)),此時(shí)工作電流為0,開路電壓UGd等于電池組件1和電池組件2的開路電壓之和。
(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),沒有功率輸出,但也還沒有成為功率的接受體,還沒有成為電池組件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時(shí)將通過旁路開關(guān)將太陽能電池組件短路,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,用I-U曲線2表示;其余電池組件合起來定義為1號,由I-U曲線1號表示;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)工作在開路狀態(tài),沒有功率輸出,但也沒有成為功率的接受體,還沒有成為電池組件1的負(fù)載。
(4)當(dāng)電池組工作在開路狀態(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)電池組件處于開路或接近開路狀態(tài)在實(shí)際工作中也有可能,對于脈寬調(diào)制控制器,要求只有一個(gè)輸入端,當(dāng)系統(tǒng)功率較大,太陽能電池組件會(huì)采用多組并聯(lián),在蓄電接近充滿時(shí),脈沖寬度變窄,開關(guān)晶體管處于臨近截止?fàn)顟B(tài),太陽能電池組件的工作點(diǎn)向開路方向移動(dòng),如果沒有在各并聯(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。
為防止太陽能電池組件由于熱斑效應(yīng)而被破壞,需要在太陽能電池組件的正負(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。
       連接過程中,注意“正”“負(fù)”極。
     2.接通“總開關(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能電池板的開路電壓,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能電池板,記錄每一種情況下太陽能電池板輸出的電壓:
序號 材   料 太陽能電池板輸出電壓/V
1    
2    
3    
4    
5    
 
4.用同一遮擋板遮擋太陽能電池板,按照遮擋部分的面積增加或減小的順序,測量并記錄太陽能電池板輸出的電壓值:
序號 遮擋面積/% 太陽能電池板輸出電壓/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),不可長時(shí)間使某一部分處于遮擋狀態(tài)。
 

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