程文德，張啟義，孫寶光

(重慶科技學院，重慶 401331)

目前，能源短缺是世界各國經(jīng)濟發(fā)展的普遍問題。煤、石油和天然氣按現(xiàn)在的開采速度，不到幾十年就會消耗殆盡，必須尋找新的能源。太陽能因無污染，可循環(huán)利用，取之不盡，用之不竭等優(yōu)點，必將成為新世紀最受歡迎的能源之一［1-2］。硅太陽能電池是目前發(fā)展最成熟，轉換效率最高的太陽能電池，可分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種［3-5］。如何提高太陽能電池的實際利用效率一直是人們關注的重點，影響太陽能電池輸出功率的因素很多，其中最主要因素的是光照強度［6-7］和負載性質(zhì)兩個方面。為了使學生更好理解太陽能電池的原理和性質(zhì)，設計了多晶硅薄膜電池在不同距離下輸出功率隨負載電阻變化之間關系的實驗研究，取得了良好的教學效果。

1 實驗內(nèi)容

1．1 實驗器材

硅光太陽能電池板(北京中科金宇科技有限公司生產(chǎn)，30 cm ×25 cm)、鹵素燈(PHILIPS，，QVF133型，飛利浦燈具(上海)有限公司生產(chǎn))、數(shù)字式萬用表(DT-9205A型，廣州恒惟電子廠生產(chǎn))、電阻(ZX21型多盤十進電阻器，金壇市儒林電子儀器廠生產(chǎn))、直尺、導線若干。

1．2 太陽能電池輸出功率隨負載電阻變化規(guī)律的測量

固定太陽能電池與鹵素燈之間距離為50 cm，70 cm，90 cm，不同距離下分別在電池板兩端接入負載電阻，用萬用表測量不同負載阻值下電路的電流和電壓。

1．3 太陽能電池短路電流和開路電壓的測量

固定太陽能電池與鹵素燈之間距離為50 cm，70 cm，90 cm，用萬用表分別測量不同距離時電池的短路電流和開路電壓。

2 實驗結果和討論

2．1 不同距離下太陽能電池的短路電流和開路電壓

表1為太陽能電池與鹵素燈之間距離為50 cm，70 cm，90 cm時電池的短路電流和開路電壓。

表1 不同距離下太陽能電池的電路電流和開路電壓

由表1可計算出電池的最大功率分別為:50cm時最大功率 Pmax=IscVoc=43．5 ×10－3×17．5=0．761w ，70 cm 時最大功率 Pmax=IscVoc=27．4 ×10－3×16．10=0．441w ，90cm 時最大功率Pmax=IscVoc=19．5 × 10－3× 15．10=0．294w ?？梢钥闯鼍嚯x越大，最大功率越小。

2．2 不同距離下太陽能電池板輸出功率隨負載電阻變化規(guī)律

實驗中，固定電池板與鹵素燈之間距離，負載電阻 R 在0．1 K Ω～10 K Ω范圍內(nèi)變化，測得每個電阻對應的輸出電流和電壓值，通過公式P=UI計算電池的輸出功率，數(shù)據(jù)如表2所示。輸出功率隨外接負載變化的R-P曲線用origin處理如圖1所示。太陽能電池的伏安特性曲線用origin處理如圖2所示。由圖1可以看出，盡管電池板與鹵素燈之間距離不同，但是輸出功率變化趨勢一樣，隨著負載電阻的增大，輸出功率隨著負載增大先增大后減小，距離越近，最大輸出功率越大。

表2 不同距離下太陽能電池板輸出功率隨負載變化測量數(shù)據(jù)

由圖2可以看出，太陽能電池伏安特性為非線性。在圖中分別取 A點(50 cm)、B點(70 cm)、C 點(90 cm)，對應的坐標分別為 A(12．38，36．1)、B(11．58，20．8)、C(10．04，15．4)，此時電池的功率輸出為最大，它對應的最大功率為Pm=ImVm，式中Im和Vm分別為最佳工作電流和最佳工作電壓。將Isc與Voc的乘積與最大功率之比定義為填充因子 FF［8］，則

FF為太陽能電池的重要表征參數(shù)，F(xiàn)F愈大則輸出功率愈高。由圖2得到的參數(shù)分別計算得50 cm時電池填充因子為時電池填充因子為0．525，可見隨距離增加，填充因子減小，輸出功率愈小。

圖1 不同距離下太陽能電池板輸出功率隨負載變化曲線

圖2 不同距離下太陽能電池板的伏安特性曲線

3 結 論

測量并分析了不同距離下多晶硅薄膜電池的負載輸出伏安特性和輸出功率特性，計算了電池的填充因子。學生通過測量硅太陽能電池基本特性曲線的學習，認識了太陽能開發(fā)的重要性，激發(fā)了學習研究興趣，為進一步做創(chuàng)新實驗奠定了基礎。

［1］ 周善元．取之不盡，用之不竭的潔凈能源［J］．能源研究與管理，2000(4):1-2．

［2］ 張維清，程亮．太陽能電池發(fā)展現(xiàn)狀與展望［J］．科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2011，211:26-28．

［3］ 王志軍，李守春，王連元，等．硅太陽能電池特性的實驗研究［J］．大學物理實驗，2013，26(6):27-30．

［4］ 張?zhí)烀?，黑潔．太陽能電池負載特性的實驗研究［J］．大學物理實驗，2013，26(6):55-57．

［5］ Geotzberger A，Hebling C，Schock H W，et al．Photovoltaic Materials，History，Status and Outlook［J］．Mater．Sci．Eng．R．2003，40:1-46．

［6］ 郭書霞．常用光源對太陽能電池性能影響［J］．焦作教育學院學報，1999，22(2):41-43．

［7］ 屠佳佳，梁國偉．光照入射角對太陽能電池輸出功率的影響［J］．中國計量學院學報，2012，23(2):6-12．

［8］ 魏晉云．太陽電池填充因子與并聯(lián)電阻的指數(shù)關系［J］．云南師范大學學報:自然科學版，2013(5):38-40．