基于虚拟仪器的太阳能电池测试系统的设计文献综述

 2022-10-28 14:47:20
  1. 文献综述(或调研报告):
  2. 太阳能电池原理 [1][2][3]

太阳能电池是利用半导体的光电效应制作而成的能量转换器件,其基本结构为一个PN结。当光照射到PN结时,光与半导体材料相互作用产生电子空穴对,受浓度差的影响,电子向N区扩散,空穴向P区扩散,并分别聚集于半导体材料两端,产生电势差。当入射光强度一定时,产生的电流为一个定值,相当于一个恒流源,又因为PN结有内阻,所以太阳能电池的理想模型可用一个电流源和一个二极管并联表示,如下图(a)所示。由于太阳能电池还有串联电阻和并联电阻,为了较为准确地模拟太阳能电池地工作特性,我们在其理想模型上加上串联电阻和并联电阻的作用,就发展出了太阳能电池的实际模型,如下图(b)所示。

图1 太阳能电池的理想模型和实际模型

  1. 太阳能电池的测试参数 [2][3]

为了能够有效地提供太阳能电池的性能,在研究和生产中一般用五个性能参数来表征其性能特征,这五个参数分别为开路电压、短路电流、填充因子、最大输出功率和转换效率。因为开路电压和短路电流均与光照强度大小有关,由学界统一规定,在太阳能光幅照度为1000时,太阳能电池产生的光生电压和流过PN结的电流作为其开路电压和短路电流的标准值。太阳能电池在负载匹配的情况下,能达到最大的输出功率,称此功率为最大输出功率。此时的电压和电流分别称为最大输出点电压和最大输出点电流。填充因子由下式可得:

填充因子越大,在开路电压和短路电流一定的情况下,意味着太阳能电池的有效输出功率越大。在标准光照条件下,输出功率达到最大时,输出功率与入射光功率的比值称为太阳能转换效率,其公式如下:

3. 太阳能电池I-V特性的测试方法 [2]

太阳能电池的测试和测量方案主要由两种主要形式:其一为高精度的四象限源测量单位(SMU),也称之为数字源表。其次为通过将软件和硬件结合起来,搭建一套自动化的测试系统。

通过软硬结合搭建自动化的测试平台,可以降低成本,并根据测试要求的变化修改系统。然而,要达到足够的精度以及实现复用需要深刻的了解的测试系统,巧妙地将测试系统封装成各个分立地模块,实现难度较大。

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