太阳能电池的测试.ppt课件.ppt
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1、-山东理工职业学院山东理工职业学院光伏发电技术基础光伏发电技术基础 -第三章第三章 太阳能电池的测试太阳能电池的测试-太阳电池发电原理示意图太阳电池发电原理示意图光伏效应光伏效应知识回顾知识回顾-np负载光电流Iph结正向电流IDI太阳电池的表征参数太阳电池的表征参数1exp0TnkqVIIIIIBDphDphRsRshDIph如果忽略太阳电池的串联电阻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即为太阳电池的端电压V,即,即1exp0TnkqVIIIBph-1.短路电流短路电流:当太阳电池的输出端短路时,当太阳电池的输出端短路时,V=0(VD0),得),得:phscII2.开路电
2、压开路电压:当太阳电池的输出端开路时,当太阳电池的输出端开路时,I=0,得,得:1ln0IIqTnkVscBoc负载伏负载伏安特性曲线如图所示安特性曲线如图所示影响因素:面积、光强、温度影响因素:面积、光强、温度影响因素:光强、温度、材料特性影响因素:光强、温度、材料特性-4.转换效率(转换效率():inmmPVI最大输出功率与开路电最大输出功率与开路电压和短路电压和短路电 流乘积之比流乘积之比3.填充因子(填充因子(FF):):scocmmscocmIVIVIVPFF太阳电池的最大输出功率与照射到太阳电池的总辐射能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之比之比-光强:1000
3、W/m2 光谱分布:AM1.5 电池温度:25太阳电池测试太阳电池测试通过模拟太阳灯通过模拟太阳灯光照射到电池片光照射到电池片表面表面测试太阳电池的测试太阳电池的电性能参数电性能参数-3.13.1太阳模拟器太阳模拟器一、概述一、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,而这种测量必须在线及参数是必须测量的,而这种测量必须在规定的标准太规定的标准太阳光下阳光下进行才有参考意义。如果测试光源的特性和太阳光进行才有参考意
4、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,因此本身随时间、地点而变化,因此必须规定一种标准阳光条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。数。-二、太阳辐射的基本特性二、太阳辐射的基本特性1.辐照度辐照度
5、 通常称为通常称为“光强光强”,即,即入射到单位面积上的光功率入射到单位面积上的光功率,单位,单位是是W/m2或或mW/cm2。对对空间应用空间应用,规定的标准辐照度为,规定的标准辐照度为1367W/m2,对,对地面应地面应用用,规定的标准辐照度为,规定的标准辐照度为1000 W/m2。实际上地面阳光和很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地理条件下才能获得。地面上比较常见的辐射照度是在600900 W/m2范围内,除了辐照度数值范围以外,太阳辐射范围内,除了辐
6、照度数值范围以外,太阳辐射的特点之一是其的特点之一是其均匀性均匀性,这种均匀性保证了同一太阳电池方,这种均匀性保证了同一太阳电池方阵上各点的阵上各点的辐照度相同辐照度相同。-2.光谱分布光谱分布 太阳电池对不同波长的光具有不同的响应太阳电池对不同波长的光具有不同的响应,就是说辐照度,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光谱分布也随地点
7、、时间及其它条件的差异而不同异而不同,在大气层外情况很单纯,太阳光谱几乎相当于,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,称为的黑体辐射光谱,称为AM0光谱光谱。在地面上,由于太阳。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。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。因此不同。
8、所以地面阳光的光谱随时都在变化。因此从测试的角度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。目前国内外的标准都规定,在晴朗的气候条件下,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,其光谱为标准地倍时,其光谱为标准地面太阳光谱,面太阳光谱,简称简称AM1.5标准太阳光谱标准太阳光谱。此时太阳的天顶角为。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。,原因是这种情况在地面上比较有代表性。-3.发光强度发光强度 发
9、光强度简称光强,发光强度简称光强,国际单位国际单位是是candela(坎德拉坎德拉)简写)简写cd。1cd是指单色光源(频率是指单色光源(频率540X1012HZ,波长,波长0.550微米)微米)的光,在给定方向上的单位的光,在给定方向上的单位立体角立体角内发出的光强度,光源辐内发出的光强度,光源辐射是均匀时,则光强为射是均匀时,则光强为I=F/,为立体角,单位为球面度为立体角,单位为球面度(sr),F为为光通量光通量,单位是,单位是流明流明,对于点光源由,对于点光源由I=F/4。地面标准阳光条件是具有地面标准阳光条件是具有1000 W/m2的辐照度,的辐照度,AM1.5的的太阳光谱以及足够好
10、的均匀性和稳定性,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,即所谓太阳模拟器太阳模拟器。-三、太阳模拟器分类三、太阳模拟器分类n1.稳态太阳模拟器稳态太阳模拟器n2.脉冲式太阳模拟器脉冲式太阳模拟器-稳态太阳模拟器稳态太阳模拟器脉冲式太阳模拟器脉冲式太阳模拟器-模拟器光源模拟器光源-1.辐照不均匀度的检测辐照不均匀度的检测3.2 太阳模拟器光学特性检测太阳模拟器光学特性
11、检测辐照不均匀度辐照不均匀度(最大辐照度最小辐照度)(最大辐照度最小辐照度)/(最大辐照(最大辐照度最小辐照度)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组件面积1/10的检测电池来检测。的检测电池来检测。2.辐照不稳定度的检测辐照不稳定度的检测辐照不稳定度辐照不稳定度(最大辐照度最小辐照度)(最大辐照度最小辐照度)/(最大辐(最大辐照度最小辐照度)照度最小辐照度)辐照不均匀度是对测试平面上不同点的
12、辐照度而言的,当辐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:照度不随时间改变时:测试平面上同一点的辐照度随时间改变时:测试平面上同一点的辐照度随时间改变时:-3.光谱失配误差计算光谱失配误差计算光谱失配误差光谱失配误差=05.1,5.1,1)()()(dBFFAMSAMT5.1,5.1,5.1,5.1,5.1,5.1,5.1,5.1,5.1,5.1,)()()()()()()()(AMSAMSAMSAMSAMSAMTAMTAMTAMTAMTIidiiFIidiiF)(5.1,AMSF式式 中:中:分别是被测电池(分别是被测电池(T)和标准电池()和标准电池(S)在
13、)在AM1.5状态下的相状态下的相对光谱电流,即光谱电流对光谱电流,即光谱电流i()与短路电流与短路电流I之比:之比:)(5.1,AMTF-1)()()(5.15.1BeeeAMAMsim)()()(5.1AMsimeeB即即:B()-1定义为光谱,表示太阳模拟器光谱辐照度定义为光谱,表示太阳模拟器光谱辐照度esim()和和AM1.5的光谱辐照度的光谱辐照度eAM1.5()的相对偏差的相对偏差.两种特殊情况下光谱失配误差消失:两种特殊情况下光谱失配误差消失:一种是太阳模拟一种是太阳模拟器光谱和标准太阳光谱完全一致;器光谱和标准太阳光谱完全一致;另一种是被测太阳电池另一种是被测太阳电池的光谱响应
14、和标准太阳电池的光谱响应完全一致的光谱响应和标准太阳电池的光谱响应完全一致。这两种。这两种情况都难以严格实现,后一种更难实现,因为待测电池是情况都难以严格实现,后一种更难实现,因为待测电池是多种多样的。多种多样的。为了改善光谱匹配,最好的方法是为了改善光谱匹配,最好的方法是设计光谱分布和标准设计光谱分布和标准太阳光谱非常接近的精密型太阳模拟器太阳光谱非常接近的精密型太阳模拟器。-3.3 测试原理测试原理 测试太阳电池的电性能可归结为测量它的测试太阳电池的电性能可归结为测量它的伏安特性伏安特性。必。必须在统一规定的须在统一规定的标准测试条件下标准测试条件下进行测量或将测量结果换进行测量或将测量结
15、果换算为标准测试条件,才能鉴定太阳电池电性能的优劣。算为标准测试条件,才能鉴定太阳电池电性能的优劣。使用模拟阳光时,光谱取决于使用模拟阳光时,光谱取决于电光源的种类和滤光、反光系统电光源的种类和滤光、反光系统辐照度可以用标准太阳电池短路电流的标定值来校准。辐照度可以用标准太阳电池短路电流的标定值来校准。标准测试条件:标准测试条件:标准太阳光(标准光谱和标准辐照度)、标准太阳光(标准光谱和标准辐照度)、标准测试温度标准测试温度为了减少光谱失配误差,为了减少光谱失配误差,模拟阳光的光谱应尽量接近标准阳模拟阳光的光谱应尽量接近标准阳光光谱,光光谱,或选用和被测量电池光谱响应基本相同的标准太阳或选用和
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