太阳能电池性能测试.doc

1、齐齐哈尔大学毕业设计（论文）毕业设计（论文）题 目 太阳能电池性能测试 学 院 专业班级 学生姓名 指导教师 成 绩 IV毕业设计（论文）摘 要21世纪，能源危机日益严重，积极寻找替代能源，开发节能技术尤为重要，作为新能源之一的太阳能，其电池的性能测试问题尤为受到关注。近年来，各大高校、实验室也纷纷开设关于太阳能性能测试实验的课程，学生在实验中了解太阳能电池发电的过程及太阳能电池性能方面的知识。然而，传统的太阳能电池测试实验多由学生自己连接测试电路，测试过程中不但经常发生短路、断路等现象，导致太阳能电池、光强计等设备的损坏，而且由于测试环境开放，测试时受到外界光源影响，导致最终测试结果不理想。

2、为了解决传统实验中的弊端，本设计采用集成的方式将传统的太阳能电池测试实验的电路进行焊接，并连出电路关键的测试点，方便实验时数据的测量；同时本设计还将整个实验设置在一个密闭的暗室中，从而减少外界环境对实验的影响。本设计利用钨镍灯模拟太阳光，通过调光模块对钨镍灯发出的光的光强进行调节。实现了光强的连续变化测量；在测量过程中，通过集成的测量电路将太阳能电池的各种电气特性表现出来，提高了测量数据的可靠性，尤其适用于实验教学。关键词：能源危机；太阳能电池测试系统；太阳能电池；钨镍灯Abstract The 21st century, the increasingly serious energy cri

3、sis, actively looking for alternative sources of energy, develop energy-saving technologies is particularly important as one of the new energy, solar energy, its battery performance testing is of particular concern. In recent years, major universities, laboratories have also set up courses on solar

4、energy performance test, the students understand the knowledge of the solar cell power generation process and solar cell performance in the experiment. However, most traditional solar cell testing laboratory test circuit connected by the students themselves, not only the frequent occurrence of pheno

5、mena such as short circuit, open circuit testing process, resulting in solar cells, light intensity meter and other equipment damage, and because the test environment and opening up, testing by outside The light effects, leading to the final test results are not satisfactory. In order to solve the d

6、rawbacks of traditional experimental design using an integrated manner with traditional solar cell testing experiment circuit welding, and even circuit key test points to facilitate the experimental data measurement; the entire experiment of this design will set in a closed dark room, thereby reduci

7、ng the influence of the external environment of the experiment. This design uses tungsten nickel lights simulate sunlight, adjust the intensity of the light emitted by the dimming module tungsten nickel light. The intensity of the continuous changes in measurement; integrated measuring circuit in th

8、e process of measuring a variety of electrical characteristics of solar cells shown to improve the reliability of the measurement data, especially for experimental teaching.Key words：Energy crisis; solar cell test system; solar cells; tungsten nickel lamp目录摘 要IAbstractII绪 论1第1章 概述21.1 太阳能能源背景21.2 太阳

9、能电池的国内外发展状况21.2.1 国内太阳能电池的发展状况21.2.2 国外太阳能电池的发展状况31.3 太阳能电池的发展前景3第2章 太阳能电池原理42.1 太阳能电池等效电路42.2 太阳能电池发电原理5第3章 太阳能电池测试实验73.1 太阳能电池测试实验原理73.2 太阳能电池测试系统结构93.2.1 电源模块93.2.2 执行模块103.2.3 测试反馈模块123.3 硬件抗干扰措施12第4章 测量数据处理144.1 测量数据处理144.2 硬件电路焊接及包装18结 论19参考文献20致 谢2220绪 论太阳能的利用和太阳能电池特性的研究是21世纪新型能源开发的重点课题。目前太阳能

10、电池应用领域除人造卫星和宇宙飞船外，已应用于许多民用领域：如太阳能汽车、太阳能路灯、太阳能游艇、太阳能收音机、太阳能计算机、太阳能乡村电站等，太阳能是一种清洁的“绿色”能源，因此，世界各国都十分重视太阳能电池的研究和利用。近年来，各大高校、实验室也纷纷开设关于太阳能性能测试实验的课程，学生在实验中了解太阳能电池发电的过程及太阳能电池性能方面的知识。然而，传统的太阳能电池测试实验多由学生自己连接测试电路，测试过程中不但经常发生短路、断路等现象，导致太阳能电池、光强计等设备的损坏，而且由于测试环境开放，测试时受到外界光源影响，导致最终测试结果不理想。为了解决传统实验中的弊端，本设计采用集成的方式将

11、传统的太阳能电池测试实验的电路进行焊接，并连出电路关键的测试点，方便实验时数据的测量；同时本设计还将整个实验设置在一个密闭的暗室中，从而减少外界环境对实验的影响。本设计方案新颖，内容先进，着重从实际应用的角度出发，在比较传统太阳能电池性能测试实验的基础上，力求创新，兼容市场上使用较为广泛的非晶硅太阳能电池，具有很强的实用性。本设计共分4章，第1、2章主要太阳能及太阳能电池的基本知识，第3章为系统硬件设计，第4章则给出了测试的结果。第1章 概述1.1 太阳能能源背景21世纪,新能 源和清 洁的可再 生能 源的开发将成为影响世界经济发展的技术领域,其中，太阳能能否在未来被充分的开发和利用已成为世界

12、各国政府及科研机构必须面临的挑战，作为其中之一的太阳能发电技术，更是受到人们的普遍关注。未来，太阳能发电技术将被大规模的应用于各个行 业和领域，这都是因为太阳能发电具有许多其他能源无法具有的优点，其中就包括没有噪声，没有污染，不消耗燃料，不需要复杂的机械结构，不需要专门的看守人员，建造方便，维护方便，故障率低，规模可大可小，不需要远程传输，可方便地与各种器械设施或建筑相结合等。近年来，太阳能电池发电技术在国际上飞速发展，例如，美 国、欧洲及日本制定了庞大的光伏发电发展计划，世界光伏市场开始由边远的农村和特殊应用向家用发电和大规模使用的方向发展，光伏发电已经由补充能源向替代能源转变1。我国的能源

13、资源储量也面临着各种各样的危机。现已估算，我国的能源总量仅相当于为八千多亿吨标准煤，其中已探明的可开发能源总储量仅相当于一千三百余亿吨标准煤，约占世界能源总储量的百分之十左右，我国已探明的可开发能源总储量的结构为：原煤占58.8%，原油占3.4%，天然气占1.3%，水能占36.5%。这些能源储备仅能保证我国未来129年的使用，这其中，原煤仅够114.5年的使用，原油仅够20.1年的使用，天然气仅够49.3年的使用2。由上面的能源数据来看，我国的新能源开发问题已迫在眉睫，如何找到一种可源源不断，又没有污染的能源已成为必须考虑的问题。太阳能，作为满足条件的能源之一已备受人们的关注，以太阳能为动力的

14、太阳能电池将是未来世界的主要能源之一3。单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池以及非晶硅薄膜太阳能电池。1.2 太阳能电池的国内外发展状况 我国做为一个能源利用率不高但能源消耗巨大的国家，对太阳能技术能够带来的能源利益更加迫切，从1995年以来，我国分别从美国、德国等发达国家引进光伏技术，并通过10年的研究创新，如今在光伏发电技术领域已取得相当好的成绩。1.2.1 国内太阳能电池的发展状况1958年，我国开始对光伏技术的研究，主要的研究对象是p/n型单晶硅太阳能电池，1963年，我国的单 晶硅太阳 能电 池的光伏 转换 效率已达12.9%，当时的n/p型硅太阳能 电池光电转换效率比p/n型低，它主

15、要的 目标是空 间应用。1969年，半导体所停止了硅 太阳电池研发，随后，天 津18所为东方红二号、三号、四号系列地 球同步轨道卫星研制生产太阳电池阵。1971年我国制造的第一颗科学实验卫星使用的就是n/p型电池。在重点研究空间太阳能电池的同时，也开展了地面使用太阳能电池的开发。1998年，中国政府开始关注太阳能发电，拟建第一套3MW多晶硅电池及应用系统示范项目4。近些年来我 国在“973”和“863”等重 大 项目中，也将太 阳能 电池的研究和发展放到了 非常关键的位置。在我国的国家“十 五”科 技攻 关计划中 重 点 提出对光伏技术项目的研究都有重大安排。从 2003 年起，我国太阳能电池

16、产业增长加快，估计在近期还会有新的研究成果出现，我国太阳能电池工业正进入了一个快速发展阶段。目前我国重点研究目标是对薄膜硅基太阳能电池的研究与应用，正大力发展太阳能电池发电计划，所以，未来我国的主要能源将由化石燃料逐步转变成清洁的太阳能。1.2.2 国外太阳能电池的发展状况自从1876年Amdas和Damty通过对光伏效应的研究，成功制造出世界上的首块太阳能电池以来，各国政 府都对太阳能这一无污染，寿命长的广泛能源的利用非常重视，尤其是美国、日本、英国等能源消耗 量巨大的发 达国家，它们对新能源的开发更加迫切。1961年Ch erp公司成 功生产光伏 电池及其组件;19 76年世界的光伏电池超

17、512 KW；E.Carlson和C.R.Wronski在W.E.SQear的1973年控制p-n结的工作基础上制成世界上第一个非晶硅(a-Si)太阳能电池；1980年ARCO太阳能公司是世界上第一个年产量达到1MW光伏电池生产厂家;三洋电气公司利用非晶硅电池率先制成手持式袖珍计算器，接着完成了非晶硅组件批量生产并进行了户外测试；1987年哥斯达黎加南土新尔威大学MtirnGareen研制了一种超级新型多 晶硅太阳能电池，其光电转换效率已经成功的达到20%。到2005年世界太阳 能电池年发电总量超过1300MW，占世界能源总量百分之一。1.3 太阳能电池的发展前景时至今日，太阳能电池的发展仍存

18、在很多局限性，例如生产成本高、运行效率低以及耐用性问题。但在未来随着技术和材料的创新，这些太阳能电池发电的不足都将被消除。最近，美国W.E.Spear公司开发了一种新型薄膜太阳能电池材料，其生产成本仅为传统单晶硅电池的百分之一，且发电能力稳定；近日，夏普公司宣布，他们已研发了一种太阳能电池转换效率达到43.5%，其刷新了太阳能电池转换效率为36.9%的最高纪录，被称“展示了绿色能源的光明未来”5。第2章 太阳能电池原理2.1 太阳能电池等效电路图2-1 理想太阳能电池等效电路理想的太阳能电池等效电路主要是由一个恒流源、一个二极管并联在一起组成的。恒流源在受到光照的情况下会产 生光电 流，其中一

19、部分电流通过二极管P-N结，这一部分电流就是结电流，另 一部分电流通过 负载，这一部分电流也就是负载电流I。负载电阻R与负载两端的端电压V、通过 二极管的结电流以及通过负载的负载电流有关，这样I的大小为： （2-1） 由Shockloy的扩散理论可以知道，二极管P-N结之间的结电流可以表示为 （2-2）式中 q电子电荷（）； T绝对温度； 结电压；反向饱和电流 k波尔兹曼常数； 将上两式合并，得 （2-3）光电流密度可表示为 （2-4）式中 收集效率； 能量超过的光子流，与入射总光强成正比，即光生电流与入射总光强成正比。 如图2-2所示为实际的太阳能电 池等效电路图。在电路中，考虑了太阳能电池

20、本身性质而产生的电阻，对这种电阻对 整个太阳能电池的影响作如下分析：图2-2 实际的太阳能电池等效电路（1） 串联电阻式中 电池 栅线的电阻值； 二极管扩散 层横 向的电 阻值； 基体本身的电阻值； 上、下电极与基体接触时产生的接触电阻。在这四个电阻值中，是串 联电阻的主要形式，其大小直接影响的大小。（2） 并联电阻并 联 电阻包括p-n结内漏电阻、电池边缘 漏电阻以及p型区和n型区各种导电膜或脏污的电阻等。并 联 电阻也有称为旁路电阻的6。和相比，为低阻值，小于；而是高阻值，约为几千欧姆。考虑了电池本身的和以后，工作电流I可表示为： （2-5）式中 I工作电流； A曲线拟合常数； V端电压。

21、2.2 太阳能电池发电原理PN入射光太阳能电池是由半导 体硅材料中沉入一 定的 微 量杂 质后 而制成的 单结光 电池，如图2-3所示，在P型和N型半导体的接 触处，由于电子和空穴的扩散，使P型的一边堆积负电荷（设为P区），N型的一边堆 积正 电荷（设为N区），在PN的交 界处形 成一个厚度约为的 电偶 极层，即PN结，而结内具有一定的电场E，同时又形成了一个稳定的电势差即为势垒7。图2-3 太阳能电池发电原理图当光入 射到 PN结上，在能量 足够大的光 子作用下，光子激发半导 体硅 材料内的电子 与空穴，并将其分 别向P 区 和 N区集结，从而使PN结两 端附 加了一个与内电场相反的光生电场

22、 E，如果入 射光强 度保持不变，光生电场稳定产生的电势差称为光 生电 动势，保持不变，入射光强 度越大，光生电 动势 会越高。若将硅光电池 看 做是一个理想的光生电流源，因光生电场E产生的N区域向P区域流动的光 生电流用表示，由于与的方向相反，故实际得到的电流I为 （2-6）式中，为反向饱和电流，q为电子电荷，U为结电压，n为表示PN结特性参数的理想系数，k为波 尔 兹 曼常数，T为绝对温度。当外电路 连接最 合适负 载电阻R时，可以得到 最大的能量 转换 效率，把此时的转换 效率称为太 阳能电 池 的光电转换效率，它是衡 量太阳能电池的一个重要指标，它可以用最大 输 出功率比 上 输 出

23、光功率得出。即 （2-7）第3章 太阳能电池测试实验3.1 太阳能电池测试实验原理太阳能电池在实际 应用中，由于受到不同的入射光波长和光能 量以及太阳能电池所接的负载电阻不同，会产生不同的输出特性，为了了解太阳能电池的特性，则需要对一些测量及电路等相关方面的知识 做些介绍。1. 太阳能电池被短路（U=0）时，令短路电流为，由式1-1可得到 （3-1）太阳能电池在 光谱辐射通量的相对分布关系不变时，其工作范围处于线性响应区域，短路电流与入射光强 度呈线性关系，如图3-1所示 0 图3-1 短路电流与入射光强度理想关系实验中，入射光强通常以 光功率计测出，图中的横坐标可用其相对光强来表示。2. 太

24、阳能电池开路（I=0）时，令开路电压为，由2-6式和3-1式可得到 （3-2）即太阳能电池的负载 电阻足够大时，入射光的相对光强度与太阳能电池输出的电压间呈现出非 线性的关系，如图3-2所示 0图3-2 开路电压与入射光强度理想关系 0 3. 太阳能电池工作在无偏压状 态下，其两端接上可变的负载电阻，当入射光强度不变时，用图3-3所示的电路可测出太阳能电池的伏安特性曲线如图3-4所示图3-3 无偏压时太阳能电池伏安特性测量电路 图3-4 无偏压时太阳能电池伏安特性理论曲线 为了能够描述太阳能电池的输出功率的能力，定义填充因子（曲线因子）为 （3-3） 它是用来描述太 阳能电池输 出特性曲线 的

25、“方形”的程度，实用太阳能电池的填充因子一般 在0.60.75。显然输出功率越大，填充因子越 高，即太阳能电池的性能越好。此外，太阳能电池在实际使用中，光电转换后的输出能量还受到外界入射光的波长及环境的温度等影响。 0 4. 太阳能电池在没 有外界入射光照射的情况下，可视为一个二极管，若外界一个正向偏压电路，如图3-5所示，当开关与触点1接通时，电压表测量太阳能电池的电压（），当开关与触点2接通时，电压表测量流过太阳能电池的电流（），改变电位器（）的输出电压8，则可得到在有偏压的情况下，太阳能电池的伏安特性曲线如图3-6所示。 图3-5 有偏压时太阳能电池伏安特性测量电路 图3-6 有偏压时太

26、阳能电池伏安特性理论曲线 根据曲线得到其电流与电压的关系式 （3-4）交 式中和都是常量，在短路时，；在非短路时的端电压为 （3-5）3.2 太阳能电池测试系统结构滤 波整 流220V电 源显 示电 路可调光照电路测 试电 路光照本设计通过对传统太阳能电 池测试实验 设备 进行分析整 合，并在其基础上进行创新设计，得到 的集成太 阳能电池 测试系统，本系统主要由电源 模块，执行模块，测试反馈模块三部分组成，其系统结构框图如图3-7所示： 电 源模 块执 行模 块测试反馈模块 图3-7 太阳能电池测量系统结构框图图中左侧虚线 框内表示电源模块，主要用于对整个系统进行供电，由于执行模块的两部分所使

27、用的电源的电压不同，所 以就需要本系统的电源模块能同时产生两种电压的电能为系统供电，所以，这个模块对整个系统的成败起到支撑的作用；中间虚线框内表示执行模块，在执行 模块中 主要由两个电路组 成：测试电路和可调光照电路，这两个电路时本次设计的核心部分，也是本系 统是否能完成太阳能电池性能测试实验的决定因素，所以下文对这一部分的介绍也是重中之重；最后， 右侧虚线框内表示测试反馈模块，在这一模块中主要有显示电 路，这个电路 主要是 用来观察太 阳能发电的过程中发电能力的强弱的，它为整个系统能达到完整的测量效果起到很重要的作用。3.2.1 电源模块电路为了 能使 太阳能电 池测试 电路所 测出的结果更

28、加真实、准确，一个高效稳定的电源将 是整个测量 系 统的决定 性因素。因此本系统 采用新 型12V开关 式 稳压 电源作为系统的供电电源，在有偏压测试时，为太阳能电 池 提供 标准稳定 的偏执电压，其效果比传统的5V电 源测 量效果更 加明显9，从而 方便测量，其原理图如图3-8所示图3-8 开关电源原理图3.2.2 执行模块本系统的执 行模块式在传统 的太阳 能电 池测试电 路的基 础上做 出创新设计，并进行集成得到。它主要由两部分组成：可调光照电路和性能测试电路。（1） 可调光照电路图3-9 可调光照电路原理图VD 47K VT3A/400VHL本系统应用的可调光照电路，不但能够实现 亮度

29、可调，而且调整后的亮度不会因电网电压波动而变化。在亮度调节过程中，光强变化均匀、稳定，为测量提供方便。220V如图3-9所示为可调 光照电路原理图，由、和组成的阻容移相电路决定可控硅的导通角。当两端电压经、充 电上升到双向触发管的导通电压时，双向可控硅VT被触发导通，当交流电 电压过高时，双向可控硅自行判断，调节可改变的充电时间，从而改变双 向可控硅在交流电正 、负半周时的导通角，以便得到需要的亮度。图中、及光 敏电阻串联后和并联。在、固定的情况下，分流的大小由光敏电阻 的阻值来决定 。当电网电压上升，灯光亮度增加，光敏电阻受到的照度增大，阻值减小，分流增大。两端电 压上升变慢，可控硅导通角增

30、大，输出电压增加，灯光的亮度也相应增加，这样就自动地将输出电压稳定在需要的数值，保证了灯光亮度的稳定10。（2） 性能测试电路 本系统的太阳能性能测试电路在传统测试电路的基础上进行设计，合二为一，在测试过程中，通过开关就能改变电路，完成传统多个电路才能完成的测试，大大增加了测试过程的便利。 图3-10 太阳能电池测试电路原理图如图3-10所示，为太阳能测试原理图。通过该电路可以完成整个太阳能电池测试实验。（1） 当断开开关、时，在触点1、2接电流表，改变光照强度，此时太阳能电池被短路（U=0），可测出太阳能电池的短路电流与入射光强的关系。（2） 当断开开关、时，在触点1、2接电压表，改变光照强

31、度，此时太阳能电池开路（I=0），可测出太阳能电池的开路电压与入射光强的关系。（3） 当闭合开关，断开开关、时，在触点2、3接电流表，在触点1、4接电压表，给最强光照，然后改变滑动变阻器（10K电位器）的阻值，此时可测出太阳能电池在无偏压状态下，伏安特性的变化情况。（4） 当闭合开关、，断开开关时，分别在触点1、2和触点3、4接电压表，关闭光照并密封暗室，然后改变滑动变阻器（10K电位器）的阻值，此时可测出太阳能电池在有偏压状态下，伏安特性的变化情况。3.2.3 测试反馈模块为了使实验过程中太阳能电池板的数据测量更加方便快捷，减少因测量接点过多而导致测错数据而浪费时间，甚至造成仪器的损坏，本太

32、阳能测试系统采用了外接接点的方式，使测试电路的测试点与测试电路分离，这样结构设计不但使本系统在测试过程中不再是大量错综复杂的接点，而是几个关键的测试接点；而且减少了与电路的直接接触，减少了误差及器件的损坏率。另外本系统为了方便对太阳能电池发电的过程的直观观察，还专门制作了一个电池发电电量变化显示模块，在测试过程中可以通过发光二极管的明亮变化清晰直观的观察太阳能发电的电量变化情况。3.3 硬件抗干扰措施目前，硬件抗干扰手段是有效解决设计系统被抗干扰问题的最有效措施，它能有效减少非人为因素产生的误差，大大提高太阳能电池性能测试电路的抗干扰的能力，本系统的抗干扰措施主要从以下两个方面着手。（1） 包

33、装抗干扰措施由于电路中运用大量电阻，由于电阻的精度问题会对电路精度产生很大影响，也会给电路带来很大的温漂，为了解决隔离电路的精度、线性度以及温漂等问题，可以在电路中采取高精度、高稳定性的金属膜电阻。为了更好的减少外界光强对太阳能电池测试时造成干扰，本设计采用了半密闭式实验装置结构，在对实验设备检查时即可打开箱体结构，实验时又可关闭减少外界光源对实验的影响，这样的设计既方便了对实验现象的观察和实验设备的检测，也提高了测试结果的准确度。（2） 电路抗干扰措施电路抗干扰措施首先从选择元器件开始，要选择那些集成程度较高，抗干扰能力较强，功耗较小的电子器件用于电路焊接使用。其次，由于一般有用信号只处于某

34、一段频率，因此可以选择适当的滤波器件将信号以外频率成分的信号（噪声）衰减掉，起到滤波的作用11。第4章 测量数据处理4.1 测量数据处理（1） 太阳能电池短路时，测出短路电流与入射光强度的关系如表4-1短路电流（mA）0.012.087.157.949.5214.3716.4118.0321.84入射光强度（lx）0.8310.1390.36104.8140.8275.8347.8445.8545.8短路电流（mA）24.4428.4433.7838.8445.0748.8954.3658.85入射光强度（lx）674.3859.0114014481838208924662836表4-1图4-

35、1 短路电流与入射光强度的关系图线根据表4-1中数据，绘制短路电流与入射光强度的关系图线如图4-1图中表示太阳能电池板接收到的光强强度，表示在对应的光强下太阳能电池产生的短路电流，其中，图中的虚线为短路电流与入射光强关系的理论曲线，实线为本次太阳能电池测试的实际测量曲线，由于受到测量手段的限制-手动测量时，太阳能电池的短路电流受光强的变化较为敏 感，容易受到外界光源的影响。所以导致测量曲线无法达到理论曲线的平直程度。（2）太阳能电池开路时，测出开路电压与入射光强度的关系如表4-2短路电压（V）0.1967.2259.01712.1914.2014.8115.3415.5015.77入射光强度（

36、lx）0.394.1410.5845.42134.6194.6252.9279.8345.6短路电压（V）16.4317.0517.2917.3517.4617.6217.8918.03入射光强度（lx）568.8949.8117212631442168923382658表4-2根据表4-2中数据，绘制开路电压与入射光强度的关系图线如图4-2图4-2 开路电流与入射光强度的关系图线图中表示太阳 能电池板接收到的光强强度，表示在对应的光强下太阳能电池的开路电压，其中，蓝点表示测试 是的离散关系点，虚线为通过离散关系点绘制的关系图线。由于测量的离散关系点较多，连成的离散关系图线基本与理论曲线一致，

37、基本达到测量目的。 （3）太阳能电池工作在无偏压状态时，光照强度不变，改变滑动变阻器（10K电位器）阻值，测出此时滑动变阻器（10K电位器）的端电压与与电流的关系如表4-3端电压（V）0.005.9011.8013.3115.5416.4316.5616.6916.96电 流（mA）53.5549.2945.0344.7740.6126.8824.4822.0915.83端电压（V）17.0217.1317.2517.3617.48电 流（mA）11.649.447.243.720.20表4-3 根据表4-2中数据，绘制太阳能电池在无偏压情况下的伏安特性曲线如图4-3图4-3 无偏压时太阳能电

38、池的伏安特性曲线图中I表示太阳 能电池在无偏压时通过负载的电流，U表示太阳能电池在无偏压时负载两端的电压，其中，蓝点表示 测试时的离散U-I关系点，虚线为通过离散关系点绘制的关系图线。为了消除 关系图线中的折点，得到完美的圆滑曲线，使用曲线拟合软件进行最小二乘法曲线拟合，得到拟合函数关系，如图4-4所示4-4曲线拟合软件拟合过程图通过拟合的函数关系式绘制出拟合函数的图线，使其与原始离散关系图线相比较，得到比较图线。如图4-5所示图4-5 修正后的无偏压时太阳能电池的伏安特性曲线由式3-3可计算出该太阳能电池的填充因子通常情况下，555nm黄光光强达到6831lx时光功率为本实验使用的太阳能电池

39、板规格为340mm*285mm，则该太阳能电池板在最大光强下接收到的光功率为6.656W，根据式2-7，可计算出此时太阳能电池的光电转换效率 =9.66% （4）太阳能电池工作在有偏压状态时，光照强度不变，改变滑动变阻器（10K电位器）阻值，测出此时电阻（10K）的端电压与与电流的关系如表4-4所示。表4-4端电压（V）1.4321.9072.1472.4342.6092.8463.2283.4883.685电 流（mA）2.154.586.017.889.3813.4516.5318.8120.67端电压（V）4.1904.4454.9555.2485.3885.7495.8715.9936

40、.047电 流（mA）26.0129.0532.2235.7640.3346.6251.2855.9359.62 根据表4-4中数据，绘制太阳能电池在有偏压情况下的伏安特性曲线如图4-5所示。图4-5 有偏压时太阳能电池的伏安特性曲线图中I表示太阳能电池有偏压时通过负载的电流，U表示太阳能电池有偏压时负载两端的电压，其中，蓝点表示测试是的U-I离散关系点，虚线为通过离散关系点绘制的关系图线。由于测量的离散关系点较多，连成的离散关系图线基本与理论曲线一致，基本达到测量目的。4.2 硬件电路焊接及包装焊接电路时应按照以下顺序进行焊接，依次焊接微小器件（电阻、电容等）；焊接电源模块，并进行电源模块的

41、调试，确保各组电源的正确无误，焊接，然后焊接执行模块；最后在电路焊接完毕后，酒精浸泡10分钟左右，用刷子洗刷干净，晾干。本系统的电路数据误差大约在3%左右，基本实现了电路设计要求12。本系统采用了半密闭式暗室进行包装，这样既保证了内部电路与测试面板的分离，减少了测试者与内部电路的接触，同时也保证了实验过程的可观察性。使测试过程更加方便、安全。使用者在对实验设备进行检查时只需打开实验系统的外包装，即可观察到整个系统的内部硬件，在实验时，又可以通过关闭系统包装，使实验进行在一个相对密闭的环境中，这样的设计既方便了设备检查又提高了测量的精度。结 论本文通过查阅大量文献，根据太阳能电池的发展现状以及未来的发展趋势，从太阳能电池的原理到太阳能电池的实际测试过程，进行了仔细的研究工作，设计出一个基于太阳能电池测试实验的操作仪器。论文的主要工作及结论如下：1、设计出一个基于太阳能电池测试实验的操作仪器，该仪器可以更加方便的进行太阳能测试实验，并能达到预期的测量精度，设计结构简单，理念新颖。2、电路硬件设计包括电源模块、执行模块、测试反馈模块，使测试过程更加完整。本课题所研究的太阳能电池测试系统在设计上仍然存在一些不足以及需要