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1、太阳能电池特性实验石化能源的短缺及其消耗所带来的环境污染已威胁到人类社会的可持续发展。逐步推广使用太阳能、风能、水能等可再生能源能够有效应对这一问题。广义的太阳能包括太阳光辐射能、水能、风能等可再生能源；狭义的的太阳能是指太阳光辐射能，其数量巨大，比目前全球所消耗的电力大数十万倍，相当于49000亿吨标准煤的燃烧值。太阳能发电有两种方式：1）光-热-电转换方式，利用太阳光产生的热能发电；2）光-电转换方式，利用光生伏特效应将太阳能直接转换为电能。根据所用材料不同，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。其中硅太阳能电池技术是目前发展最成熟的，市场应用
2、最广。本实验使用的是单晶硅太阳能电池。实验目的1、 了解太阳能电池的概念、理解其工作原理；2、 掌握太阳能电池特性曲线测量方法。实验仪器单晶硅太阳能电池、碘钨灯、电阻箱、超级电容、风扇、LED灯、导线若干实验原理一、太阳能电池工作原理及特性二、太阳能电池对储能装置充电的两种方式本实验通过采用太阳能电池直接对超级电容充电和加DC-DC再对超级电容充电，说明不同充电方式下充电特性的不同及充电方式对超级电容充电效率的影响。本实验所用DC-DC采用输入反馈控制，在工作过程中保持输入端电压基本稳定。若太阳能电池光照条件不变，并调节DC-DC使输入电压等于太阳能电池最大功率点对应的输出电压，即可实现在太阳
3、能电池的最大功率输出下的恒功率充电。理论上，采用最大功率输出下的恒功率充电，太阳能电池一直保持最大输出，充电效率应该最高。在目前系统中，由于太阳能电池输出功率不大，而DC-DC本身有一定的功耗，致使两种方式充电效率（以从同一低电压充至额定电压所需时间衡量）差别不大，但从测量结果可以看出充电特性的不同。光伏系统常用的储能装置为蓄电池与超级电容器。超级电容器通过极化电解质来储能，它由悬浮在电解质中的两个多孔电极板构成。在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似，从而产生电容效应。由于紧密
4、的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离小得多，因而具有比普通电容器更大的容量。超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应，因此性能是稳定的。与利用化学反应的蓄电池不同，超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容具有功率密度高（可大电流充放电），充放电时间短（一般为数分钟），充放电寿命长的优点。但比蓄电池储能密度低。DC-DC的作用为：当电源电压与负载电压不匹配时，通过DC-DC调节负载端电压，使负载能正常工作。通过改变负载端电压，改变了折算到电源端的等效负载电阻，当等效负载电阻与电源内阻相等时，电源能最大限度输出能量。若取反馈信号控制驱动脉冲，进而控制DC-DC输出电压，使电源始终最大
5、限度输出能量，这样的功能模块称为最大功率跟踪器。实验内容一、太阳能的电池特性测量1、开路电压、短路电流的测量按电路图4(a)、(b)连接电路，分别测量并记录太阳能电池的开路电压Uoc(V)和短路电流Isc(mA)，填入表1。2、太阳能电池输出伏安特性的测量根据太阳能电池填充因子定义式，自行设计实验测量填充因子FF。(a)A(b)图4太阳能电池特性测量，（a）开路电压；（b）短路电流；V表1. 开路电压、短路电流二、太阳能电池对储能装置充电研究1、按图5（a）连接电路，将负载接入超级电容，控制放电电流小于150mA，使电容电压放至低于1V。2、充电方式一，按5（b）连接电路，使太阳能电池直接对超级电容充电至11V。3、充电方式二，先按步骤1放电至低于1V, 将超级电容再次放电后，按图 5(c)接线，先将电压表接至太阳能电池端，调节DC-DC使太阳能电池输出电压为最大功率电压（由实验1确定，12V左右）。然后将电压表移至超级电容端（此时不再调节DC-DC旋钮），对超级电容充电实验，充电至11伏时停止充电。(a)(b)(c)图5太阳能电池充电方式，（a）放电电路；（b）直接充电；（c）间接充电表3. 太阳能电池的两种充电方式