新能源实验
实验说明
实验室新购太阳能发电、风能发电和氢燃料电池等实验设备，欢迎有兴趣的同学参与实验项目建设。
ZKY-SAC-III+G太阳能光伏电池实验（探究型）系统
一、系统控温测试
A.系统缺陷及其检测
装置控温系统缺陷：
如图1所示为本实验所使用的仪器装置。该控温室以及温度传感器主要存在以下三个缺陷： 1.控温室前方被氙气能光源照射，会对控温室进行加热； 2.控温室后方为散热风扇，前方加热后方散热会使得控温室产生温度梯度场； 3. 在温度梯度场中，温度传感器和太阳能电池并不在同一位置，（鉴于温度传感器相对于太阳能电池靠前），无法反应太阳能电池处的真实温度情况。
检测方法：
利用胶带固定温度传感器到太阳能电池所在位置，使用蓝牙通讯传输数据，进行实时温度监测。
B.控温系统测试及其分析
控温系统测试
控温系统测试时使用5档光源，进行3次控温，分别将温度设置为25℃、 15℃、 5℃。测量到温度随时间的变化如图3所示，后面将详细进行分析。
控温系统分析—共性
在连续3次控温过程中存在一些共同的特性： 1.仪器显示已达目标温度时，均为控温过程中的最低温度，此时与目标温度差别较大； 2.仪器显示已达目标温度后，会逐渐升温并最后保持不变； 3.停止控温后，控温室内的温度会马上增加。
控温系统分析—25度控温
对于25度控温 温度随时间的变化 存在这样一些特点： 1.当仪器显示已达目标温度时，4分钟后，太阳能电池实际温度趋于稳定； 2.对于25度控温 太阳能电池处趋于稳定的温度为25℃。
控温系统分析—15度控温
对于15度控温 温度随时间的变化 存在这样一些特点： 1.当仪器显示已达目标温度时，16分钟后，太阳能电池实际温度趋于稳定（波动小于0.1度）； 2.对于15度控温 太阳能电池处趋于稳定的温度为13.5度
控温系统分析—5度控温
对于5度控温 温度随时间的变化 存在这样一些特点： 1.当仪器显示已达目标温度时，26分钟后，太阳能电池实际温度趋于稳定（波动小于0.1度）； 2.对于5度控温 太阳能电池处趋于稳定的温度为2.6度。
控温系统分析—异性
基于三次控温时太阳能电池处的温度随时间的变化，可得到以下合乎常识的推断： 1.当控温室设定的目标温度与环境温度相差越大时，仪器显示达目标温度后缓慢升温到稳定平衡温度所需的时间越长； 2.当控温室设定的目标温度与环境温度相差越大时，平衡温度与目标温度差异也就越大。25度控温时基本没有差异，15度控温时平衡温度低于目标温度1.5度，5度控温时平衡温度低于目标温度2.5度。
C.控温系统操作改进意见
实验操作改进意见
1.对于25度控温（5档光源），当仪器显示已达目标温度后等待约5分钟再进行数据测量，此时太阳能电池处温度稳定在25度； 2.对于15度控温（5档光源），当仪器显示已达目标温度后等待约15分钟再进行数据测量，此时太阳能电池处温度稳定在13.5度； 3.对于5度控温（5档光源），当仪器显示已达目标温度后等待约30分钟再进行数据测量，此时太阳能电池处温度稳定在2.5度。
仪器设计改进
1.仪器工程师应当充分考虑这些问题，从仪器的控制软件程序上解决这些问题，或在仪器操作说明中对此情况进行说明； 2.并给出不同光照和温度下，当仪器显示已达控温目标后，用户应等待多长时间之后才能进行测量，以及平衡时温度与目标温度之间的差别。
二、伏安特性曲线
A.单晶硅伏安特性测量
测量条件选择
由前面“太阳能电池——控温测试”：我们得到当光源为5挡、控温设置为25度（和环境温度相差不大时），控温室内太阳能电池处的温度恒定在25度附近。故在单晶硅的伏安特性测量中，我们选择25度控温、5挡光源的实验条件进行测试。
单晶硅伏安特性
在所选择的测量条件下，所测得的单晶硅伏安特性曲线如下图8所示：
B.理想伏安特性曲线工程计算
由于理想太阳能电池方程
中的许多参数、
、
、
与温度、光强以及制作工艺有关比较难确定。故将上式转化为便于工程计算的形式
利用下式确定 、
：
由此利用开路电压、短路电流
、最大功率处的电流和电压
、
即可得到理想伏安特性曲线
四个工程参数获取：
四个工程参数开路电压、短路电流
、最大功率处的电流和电压
、
可以分别由I-V图的截距（或软件自带开路电压和短路电流测量）获取以及P-V(P-I)图的峰值来得到。
由此可以得到：
开路电压
短路电流
最大功率点处电流
最大功率点处电压
由此可以计算出：
C.太阳能电池串联并联电阻修正
串联并联电阻计算：
由于太阳能电池串联和并联电阻无法直接解析求解，本实验采用斜率法近似计算太阳能电池并联和串联电阻。
在短路电流附近，并联电阻和I-V曲线斜率存在如下关系：
同样在开路电压附近，串联电阻和斜率存在如下关系:
得串联和并联电阻修正后的I-V表达式为：
利用斜率法计算串并联电阻：
串联电阻：
并联电阻：
实验表明对于这种小型太阳能电池，串联并联电阻修正结果的确会使得结果更精确，但鉴于计算过于复杂且修正结果不明显，修正意义不大。但对于实际使用的大型太阳电池来说这种修正十分必要。
