4.4.2 太阳能电池伏安特性实验
1.实验目的
（1）掌握太阳能电池的基本电力特性，深度理解太阳能电池的工程参数。
（2）学习太阳能电池板测试方法及其测试设备的使用。
（3）分析不同俯仰角度对太阳能电池放电特性的影响。
2.实验内容
（1）均匀辐照下太阳能电池板伏安特性测试。
（2）局部遮挡下太阳能电池板伏安特性测试。
3.实验设备及软件
本实验所需的设备包括太阳能电池板及太阳能测试台、太阳能电池测试仪、太阳辐照度计、遮光板、上位机、太阳能电池测试仪上位机软件，如表4-7所示。
表4-7 本实验所选用设备及软件
本示例中，太阳能电池板测试台为自主研制的NE-STB V1.0角度可调太阳能电池板测试台（简称“太阳能测试台”，搭载MLT300-72型300 W标准太阳能电池板），太阳能电池测试仪为6592A型便携式测试仪（简称“测试仪”），配套87110A太阳辐照度计（简称“辐照度计”）使用，设备外形如图4-26所示，主要参数如表4-8所示。关于太阳能电池测试仪和辐照计的详细介绍参见《6592A太阳能电池测试仪用户手册》和《87110A／B太阳辐照度计用户手册》。
图4-26 主要实验设备
（a）太阳能测试台；（b）辐照度计；（c）测试仪
表4-8 主要测试设备参数
注：*：在25℃标准测试环境下进行测试。**：辐照度测试准确度会因为大气条件不同以及周围环境的影响而产生改变，±3.0％读数准确度指标是在满足AM1.5光谱分布的AAA级太阳模拟器辐照下测得的。
4.实验过程
1）设备连接
太阳能电池板的测量不仅需要测量电池板本身，还需要测量辐照条件以及温度条件。
按照图4-27（a）所示的连接关系，完成实验设备硬件连接。其中，太阳能电池板需要固定安装在太阳能测试台上，以便调节照射在太阳能电池板上的有效辐照度；太阳能电池板与太阳能电池测试仪通过专用电路连接线连接，辐照度仪与太阳能电池板平行安放［图4-27（b）］，辐照度仪将测得辐照、倾斜角度、温度等数据实时传输至太阳能电池测试仪。
2）启动并调试测试仪和辐照度仪
长按测试仪的电源键3 s，设备发出“滴”声后，屏幕亮起，等待自检和系统准备。长按辐照度计的电源键3 s，辐照度计第一个灯常亮，第二个灯闪烁，启动完成。将辐照度仪和太阳能电池板置于阳光下，观察光照强度是否有读数。若有读数，则证明测试仪与辐照度计通信正常；否则，根据通信灯闪烁情况，检查通信协议是否匹配。正常情况下，两者之间是蓝牙通信模式（第二个灯闪烁一次为蓝牙通信，闪烁两次为RS232串口通信）。
图4-27 太阳能电池实验系统连接原理图
（a）实验系统；（b）光强改变方法
3）基本性能测试
遥控测试台调整太阳能电池板角度，在预定光照强度附近（建议实际光照强度与预定光照强度的误差在±50 W／m2内）停止角度调整。按测试仪的【测试】键，等待“滴”声后，测试结束。从测试仪界面观察太阳能电池板的伏安特性曲线和功率曲线，及相关参数信息，确认正常后保存数据。
4）局部阴影下的基本性能测试
调整太阳能电池测试台架角度，至预定辐照度附近。参照图4-28，遮挡电池片1和电池片24，测试并保存结果。然后，分别遮挡电池片12与电池片13、电池片24与电池片25、电池片13与电池片36，完成三次测量（作为对照实验，光照强度须与之前的实验组一致）。
图4-28 太阳能电池板电路图
5）结束测试并导出实验数据
断开太阳能电池板与测试仪电路连接，断开电路时，先断正极、再断负极。长按辐照度计的电源键3 s，待辐照度计灯熄灭。将U盘插入测试仪左边的插孔，单击屏幕右下方的“传输”按钮，进入拷贝文件页面。选中命名后的文件，单击屏幕下方的“标记”按钮，将文件标记*符号。单击“拷贝”按钮，文件就复制到U盘的目录下。长按测试仪的电源键3 s，待屏幕熄灭。
6）数据检查及处理
将U盘中的文件复制到PC端，打开数据分析软件MiniSunAna.exe，打开.dat文件，选择“批量输出到文件”，选择路径，确认后即可输出测试数据和测试结果，并检查数据完整性是否正常，如图4-29所示。
图4-29 数据分析软件界面
5.讨论与思考
（1）分析实测太阳能电池的四个工程参数与标称值之间的差异。
（2）找到当地、当日的太阳最大辐照度，讨论辐照度与倾斜角度的关系。
（3）讨论无遮挡情况太阳能电池板的最大功率点与辐照度的关系，分析太阳能电池板的最大发电效率。
（4）讨论有遮挡情况太阳能电池板的最大功率点情况，以及与辐照度之间的关系。
（5）发生遮挡后，太阳能电池的最大功率点会发生怎样的变化？分析并验证不同遮挡位置、不同遮挡片数会对太阳能电池板电力特性产生的影响。
（6）思考如何使得太阳能电池板工作在最大功率点。
（7）思考如何模拟飞行器姿态的变化对太阳能电池特性产生的影响。