公务员期刊网 精选范文 光电效应范文

光电效应精选(九篇)

光电效应

第1篇:光电效应范文

1.应该掌握的知识方面.

(1)光电效应现象具有哪些规律.

(2)人们研究光电效应现象的目的性.

(3)爱因斯坦的光子说对光电效应现象的解释.

2.培养学生分析实验现象,推理和判断的能力方面.

(1)观察用紫外线灯照射锌板的实验,分析现象产生的原因.

(2)观察光电效应演示仪的实验过程,掌握分析现象所得到的结论.

3.结合物理学发展史使学生了解到科学理论的建立过程,渗透科学研究方法的教育.

二、重点、难点分析

1.光电效应现象的基本规律、光子说的基本思想和做好光电效应的演示实验是本节课的重点.

2.难点是

(1)对光的强度的理解,

(2)发生光电效应时光电流的强度为什么跟光电子的最大初动能无关,只与入射光的强度成正比.

三、教具

锌板、验电器、紫外线灯、白炽灯、丝绸、玻璃棒、光电效应演示仪.

四、主要教学过程

(一)新课的引入

光的波动理论学说虽然取得了很大的成功,但并未达到十分完美的程度.光的有些现象波动说遇到了很大的困难,请观察光电效应现象.

(二)教学过程的设计

1.演示实验.

将锌板与验电器用导线连接,用细砂纸打磨锌板表面.把丝绸摩擦过的玻璃棒放在锌板附近,用紫外线灯照射锌板.

边演示边提问:紫外线灯打开前后,验电器指针有什么变化?这一现象说明了什么问题?

引导学生分析并得出结论:光线照射金属表面,金属失去了电子导致验电器指针张开一角度.

明确指出光电效应是光照射金属表面,使物体发射电子的现象.照射的光可以是可见光,也可以是不可见光.发射出的电子叫光电子.

说明:这个实验如果按照课本上的装置进行效果很不理想,因为紫外线照射锌板飞出电子时锌板带正电,在锌板附近形成电场又将电子吸附回去.锌板电势升到很小的值就使逸出和返回的电子达到动态平衡,很难使验电器指针明显地张开.

2.进一步研究光电效应.

以上实验改用很强的白炽灯照射,却不能发生光电效应.向学生提出问题:光电效应的发生一定是有条件的,存在着一定规律.有什么规律呢?让我们进一步研究.

向学生介绍光电效应演示仪.在黑板上画一示意图,如图所示.S为抽成真空的光电管,C是石英窗口,光线可通过它照射到金属板K上,金属板A和K组成一对电极与外部电路相连接.光源为白炽灯,在光源和石英窗口C之间插入不同颜色的滤光片可以改变入射光的频率,光源的亮度可以通过另一套装置调节.

观察现象一:

在没有光照射K时,电压表有示数,电流表没有示数,说明什么?

明确:AK之间有电场存在,但没有光电子逸出,说明没有发生光电效应.

提出问题:要发生光电效应,是不是用任何频率的光线照射都行?是不是弱光线不行,只要光的强度足够大就行?是不是只要有足够大的电场电压就行?

观察现象二:

保持AK间电压一定,灯泡亮度一定,在窗口C前依次放上红色、橙色、绿色滤光片,观察到红光照射金属板K时没有光电流,橙光和绿光照射时有光电流.用红光照射时改变入射光的亮度和改变电场电压都不发生光电效应.让学生考虑原因.

结论一:入射光线的频率大于等于该金属的极限频率υ0才能产生光电效应.

观察现象三:

逐渐减小KA间的正向电压,直到电压为零时,电流表仍有示数,说明光电流依然存在.如果在KA间加一反向电压,则光电流变小,增大反向电压,使光电流刚好为零.

提出问题:为什么KA间没有电场,仍然有光电流?也就是说仍然有光电子从K极板飞向A极板呢?在KA间加反向电压,光电子在电场中受力方向如何?电场力对光电子做正功还是负功?光电子克服电场力做功和它的动能变化关系如何呢?

根据学生回答的问题引导分析:KA间没有电场仍有光电流说明光线照射金属板逸出的光电子具有一定的动能,一部分光电子可以到达极板A形成光电流.金属中的电子吸收光的能量获得动能,只有达到某一

U就可以求出光电子的最大初动能.

保持反向电压和入射光的频率不变,调亮灯泡,发现光电流仍然为零.此时将入射光的频率增大,发现光电流增大,不再为零.

结论二:光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随入射光频率增大而增大.

提出问题:入射光亮度高不就是能量大吗,金属中的电子获得的能量大,初动能就应该增大,但为什么只与入射光频率有关而与光强无关呢?

解释这一问题:频率一定的光,每个光子的能量为hυ,频率越大的光,光子的能量越大.因此电子吸收了高频率的光子才能获得较大的初动能.只有初动能足够大的光电子才能克服反向电场的阻力到达极板A形成光电流.光的强度大只是光源每秒钟发射出光子的数目多,但如果是频率低的光子,每个光子的能量不大,电子吸收光子获得的能量也就较小.只不过每秒入射的光子数目多,产生光电子的数目多,所以不提高入射光的频率就无法使光电子的最大初动能增大.

观察现象四:给光电管电极KA间加正向电场,以高于极限频率的光入射,保持电压不变,增加入射光的强度,发现光电流的强度增大.

提出问题:入射光的强度大是什么意思?光电流的强度大是什么意思?为什么它们之间有这样的关系?

根据学生的回答归纳:入射光频率不变时光的强度大是指每秒钟入射的光子频率一定,数目较多,因此每秒钟飞向极板A的光电子数多,由于到达的电子电量总和多,所以光电流较大.

结论三:当入射光的频率大于极限频率时,保持频率不变,则光电流的强度与入射光的强度成正比.

指出学生中可能存在的疑问:光电流的强度应该与入射光的频率有关.频率高,光电子的最大初动能大,光电子运动得快,光电流大.

解释这一问题:如果入射光频率较高但强度不大,则说明每秒钟入射的光子数少.尽管每个光电子初动能较大,但每秒钟到达极板A的光电子电量总和不大,因而也就不能形成较强的光电流.

说明:根据前面的实验还可以发现,光线照射金属表面,光电子发射几乎是瞬时的.

3.波动理论解释不了光电效应

(1)波动理论解释不了极限频率,认为光的强度由光波的振幅决定,跟频率无关,只要入射光足够强,就应该能发生光电效应.但事实并非如此.

(2)波动理论解释不了光电子的最大初动能,只与光的频率有关而与光的强度无关.

(3)波动理论还解释不了光电效应发生的时间之短.

4.介绍爱因斯坦的光子说.

第2篇:光电效应范文

首先要明确与光子发生相互作用的电子所处的状态有两种,即自由态和束缚态。

在光电效应中,入射光是可见光和紫外光,这些光子的能量不过是几个电子伏特,这和金属中电子的束缚能量有相同的数量级,不能把金属中的电子看做是自由的。电子可以吸收光子,产生光电效应。考虑光子、电子和原子核三者的能量和动量的变化,遵循非相对论能量守恒定律和动量守恒定律(电子获得速度v不大,满足非相对论条件v

当光子入射到金属表面时,光子的能量全部为金属中的电子吸收,电子把这能量的一部分用来挣脱金属对它的束缚,余下的一部分变成电子离开金属表面后的动能,按能量守恒定律,有

在康普顿散射中,入射光是X光,这些光子的能量为104~105 电子伏特,而原子序数低的原子中,原子核对电子的束缚弱,电离能仅几电子伏特,在X光子与电子作用时,电离能可以略去不计,因此对于所有原子序数低的原子,都可以假定散射过程仅是光子和电子的相互作用,把电子看作自由电子,且在受到光子作用之前是静止的。对于X光子与原子外层电子的相互作用,电子不能吸收光子,只能发生光子与电子碰撞。考虑光子和电子的能量、动量变化,遵循相对论能量和动量守恒定律。

当然,原子中也有被束缚得紧密的电子,特别是重原子中被束缚得紧密的电子更多些,当光子打在这些电子上时,实际上等于和整个原子相碰(把整个原子看作自由粒子),原子的质量比电子的质量大得多(最轻的氢原子的质量比电子的质量约大2000倍),因此,由于碰撞,光子传给原子本身而使其运动的能量很小,亦即Δλ的变化很小,这个变化实际上观察不到。这就是散射光中有波长不变的谱线的原因。

由(5)式可以看出,用可见光入射时,也会产生康普顿效应。一群可见光光子照射到金属表面时,一部分光子被电子吸收,从金属中放射出光电子,产生光电效应。一部分光子与金属中的电子碰撞,光子把一部分能量传给电子,电子仍留在金属内,但电子的能量状态发生改变,光子与电子碰撞后散射,失去一部分能量,波长改变了。但波长的相对改变量太小,不易观察到。虽可以产生康普顿效应,但波长的相对改变量表现不出来,所以光电效应占主导地位。

用X射线入射时,也会产生光电效应,即也存在光子被吸收而放出电子的过程,但这是原子(不是原子的外层电子)吸收光子,从原子里发射出电子。这有两种可能的物理过程,一种是原子吸收光子的能量,从原子某一内壳层射出电子,此时原子呈激发态,伴随发射次级X射线的光子。另一种是原子吸收X光子处于激发态,当原子的激发能传给自己的一个深层电子时,从一个深电子层(一般是K电子层)中放出一个电子,深度较浅的电子壳L、M或N电子层中的一个电子跃入原来电子空出来的位置,此即俄歇效应(在2004年江苏省自主命制的高考试题第10题中有所体现)。但用X射线照射原子序数低的元素物质时,原子吸收光子而产生光电子的概率很小,光电效应不显著,主要表现为康普顿效应。

第3篇:光电效应范文

关键词:光电效应;两类常见问题;看法

中图分类号:G632 文献标识码:A 文章编号:1002-7661(2012)09-235-02

光电效应规律与光子说是高中物理选修教学中的一个重点内容,是学生体验物质本质发现的曲折历程和不断深化认识光现象的一个上佳素材,也是波粒二象性得以理解的一个基础平台。但限于中学阶段物理知识层次要求和高中学生的理解水准,教材没有详尽阐述其产生机理。这就产生了教学实践中的一些模糊认识,成为诸多师生的一个难点。本文就其中两类有争议的问题谈谈看法,以供参考。

一、关于金属的逸出功

在很多教辅资料和教师的教学范例中经常存在这类命题:

关于光电效应的说法中,正确的有

A.要使光电效应发生,入射光子的能量必须大于原子的电离能

B.……

C.……

D.……

关于这类选择题的A选项,有部分老师认为命题不科学,原因是题目混淆了逸出功和原子的电离能的关系。他们认为光电效应是金属内自由电子吸收光子脱离金属成为光电子[1],电离是原子中束缚电子获得能量脱离核束缚成为游离态电子,虽然两者都需要克服“外力”做功,都可以吸收光子获得能量去克服“外力”做功,但两者本质上没有联系,逸出功数值与电离能多少没有关系,因而无法回答此类命题。那么,发生光电效应现象的是金属内的自由电子还是束缚电子呢?下面笔者从两个方面来进行论证:

1、假设吸收光子的是处于静止的自由电子,其质量为 ,在吸收光子后运动时质量为 ,速度为 ,根据爱因斯坦的光子说,一个光子的能量 被一个电子完全吸收,此过程要遵循能量守恒定律,即 ·····(1)

而根据狭义相对论,物体以速度 运动时的质量 与静止时质量 之间的关系为

······························(2)

由(1)(2)两式可得

同时,对于这一过程,可以将光子与电子的作用过程当做是碰撞过程,要遵循系统动量守恒定律,即 ······························(3)

由(2)(3)两式可得

根据能量守恒定律和动量守恒定律得出的结果是不一致的,这只能说明这一假设过程是不可能发生的,即处于静止状态的自由电子不能吸收光子。

2、假设吸收光子的是处于运动状态的自由电子,其质量为 ,速度为 ,在吸收光子后质量为 ,速度为 ,为了讨论简单起见,现假定光子与电子发生作用的过程是一维的,且作用前光子与电子动量方向一致。则对该过程应用能量守恒定律有:

······················(4)

且 ···························(5)

由(4)(5)两式可得

对该过程应用动量守恒定律有 ··············(6)

由(5)(6)两式可得

第4篇:光电效应范文

论文关键词:验电器,演示,光电效应,实验

演示不能成功的原因,除了锌板表面灰层或氧化层的影响(宜用细砂纸把它打磨光亮)之外,主要是锌板表面附近的负电荷的影响。当光电子离开锌板后,在锌板表面附近的空气中形成负电荷区域。这些负电荷产生的电场将阻止光电子逸出锌板。随着逸出的光电子数目的增加,这种阻碍光电子逸出的作用就愈强,于是在极短的时间内便达到动态平衡,宏观上就不再有光电子逸出锌板。这样,锌板与负电荷区域维持约有数伏特的电势差。或者说,锌板虽带正电荷但并不足够多,延长照射时间也不能增加锌板的净带电量。其次是指针式验电器的灵敏度不够高。指针张开一定的角度需要一定量的电荷,从实验测试来看,是需要一定的启动电压(电势差),亦即指针与外壳之间的电压。经测试证实,中学物理实验室常用的指针式验电器,其启动电压至少在两千伏以上,随验电器的大小以及材料的不同而不同,并受测量时空气的温度、湿度的影响。可以想象出,波长在0.2μm左右的紫外线光子,其能量充其量也只有6eV左右,它不可能使锌板与验电器外壳之间产生两千伏以上的电势差。所以锌板虽带正电荷而验电器指针不会张开。也有的老师撰文介绍用X射线照射锌板使验电器指针张开,根据爱因斯坦的光电效应方程是有道理的,然而只要实际做一做就会容易地发现,验电器张开指示是感应圈的高压(一般是负极端离锌板近些)使验电器感应起电的假象,只要接通感应圈电源,去掉X射线管与用X射线照射的效果对比一下就可以证实。这是因为空气分子、空气中的负离子的影响足以使X射线产生的光电效应仍然不可能产生千伏以上的电势差来启动验电器。所以,启动验电器需要清除锌板周围的负电荷或者给验电器加上一定的启动电压。

针对上述原因,采用以下两种简便易行的新方法,经教学演示验证,获得了非常好的演示效果。现介绍如下。

方法一: 清除锌板周围的负电荷

在锌板前面放一个装在绝缘支架上的铜丝网。演示前先给铜网带上正电荷,用来吸走锌板周围的负电荷,清除或大大减弱负电荷区的影响,如图1(a)所示。由于铜网所带正电荷会使验电器受到静电感应,需要适当调整验电器与铜网间的距离使验电器指针处于即将张开的临界状态。这样,紫外线一照射到锌板,验电器就立即张开。此法在空气干燥时很容易成功,缺点是重复演示时,需给铜网补充正电荷并重新调整它与验电器间的距离,实验结束后也需补充讲解铜网装置的作用。

方法二:给验电器加接启动电压

在验电器外壳与铜丝网之间接上直流高压电源,如图1(b)所示,在2000V~5000V的范围内调整电压的大小,使验电器处于即将开启状态。如果没有可调直流高压电源,可用氦

图1 清除锌板表面附近负电荷的两种新方法

氖激光器的电源或别的高压电源代之,适当加大验电器与铜网间的距离也可使验电器处于将开启状态。紫外线一照射锌板,验电器就张开。此法不受空气潮湿影响,极易成功。不过由于引入高电压,要特别注意安全。

第5篇:光电效应范文

关键词:光电效应;能量守恒思想;科学素质

中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1009-010X(2015)24-0068-04

光电效应的现象和规律、爱因斯坦的光子说和光电效应方程是高中物理教学中的重点。人民教育出版社高中《物理》选修3~5册的第十七章《波粒二象性》中的第2节“光的粒子性”,就是关于这部分的内容。书中介绍的光电效应的概念为:“照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出。这个现象称为光电效应,这种电子常被称为光电子。”教材中,主要介绍了光照射到金属表面,产生逸出表面的光电子的现象及规律。

爱因斯坦光电效应方程则是针对金属中一个电子吸收一个光子的能量,逸出金属表面形成光电子的能量转化情况,即,其中Ek为光电子的最大初动能,hν为入射光子的能量,W0为被照射金属的逸出功。以上内容是中学物理教师教授和训练的重点。但学生的思维十分开阔、活跃,不会仅限于课本。在教学中,就经常有学生提出这类问题:有没有一个光子打出多个光电子的情况?有没有多个光子打出一个光电子的情况?光照射到非金属表面会不会产生光电效应?有没有电子吸收了光子的能量却不逸出物体表面的情况,如果有,又会发生什么现象呢?等等。

其实,正如学生推想的,光电效应的现象是很丰富的。高中教材中讲述的光电效应现象,只是其中十分典型的一种。而从字面上理解,光电效应是泛指光与物质相互作用时产生的各种电磁现象的总称。其效应可以表现为光电流、光电压、光电导或光电磁效应等很多种情况,应用也十分广泛。现在高中课程强调培养学生独立分析、解决问题的能力,因此,应用现有的物理知识、方法解决教材中没有学过的问题也是现在考试评价体系的一个发展趋势。而光电效应丰富的现象和蕴含的物理规律就提供了一个很好的考核内容。下面分析几个具体例子。

例1:【北京2013年高考理综】20.以往我们认识的光电效应是单光子光电效应。即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度较大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应,这已经被实验证实。光电效应实验装置示意如图。用频率为v的普通光源照射阴极K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压U,即将阴极K接电源正极,阳极A接电源负极,在KA之间就形成了使光电子减速的电场。逐渐增大U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功,h为普朗克常量,e为电子电量)

分析:此题研究的多光子光电效应是学生感到陌生的物理情境,因而有些学生感到束手无策。如何应用学过的相关知识解决这个新颖的问题呢?我们研究光电效应方程,发现它表达的是光电效应中能量的转化情况。而按照能量转化的思路分析这道题,就会十分清晰了。与单光子光电效应相同,我们仍以光电子为研究对象,它吸收了多个光子的能量nhν(n为正整数),克服金属逸出功W,剩下的光电子最大初动能为Ek=nhν-W0;此后光电子在反向电压U的作用下减速,光电流恰好减小到零时,最大初动能全部用于克服电场力做功,即Ek=eU,对整个过程则有eU=nhν-W,由于n为正整数,正确选项应为B。

由上例可见,微观粒子相互作用涉及的物理过程是比较复杂的,我们不能按照经典的牛顿力学来分析,但在整个过程中依然遵守能量转化及守恒定律和动量守恒定律。因此,把握住光电效应过程中参与转化的各种能量形式及它们间的转化或转移的路径(关系)是解决这类问题的关键。用这个思路,我们可以再分析另一个光电转化现象――俄歇效应。

俄歇效应是1925年发现、并以法国人Pierre Victor Auger的名字命名的一种光电转化现象。如图:用X光照射物质时,同时有两个光电子从一个原子中发射出来。其中一个与光电效应的光电子没有什么区别,其能量与入射光能量有关;但另一个电子的能量却仅与照射材料有关。这个现象叫俄歇效应。其中那个正常的光电子是X光直接使内壳层(能量较低)电子电离引起的。当这个光电子电离后,便留下一个空位,较高的能级上的电子就会填充到低能级的空位中去,并将释放的能量通过库仑相互作用传递给另一个高能级的电子使之电离。这个电子称为俄歇电子。俄歇效应是一种无辐射的跃迁。

从上面的俄歇电子产生机制可以看出,俄歇电子不是通常意义的光电子,因此它的能量也不能套用光电效应方程来分析。但是,我们只要理清这里的能量转化路径,分析清楚俄歇电子的能量也并不困难。

例2:原子由一个能级跃迁到另一个能量较低的能级时,有可能不发射光子。例如在某种条件下,铬原子n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时并不发射光子,而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子,使之脱离原子。这一现象叫做俄歇效应,以这种方式脱离原子的电子叫俄歇电子。已知铬原子的能级公式可简化表示为En=,式中n=1、2、3、……,表示不同能级,A是正的已知常数。则上述俄歇电子的动能是( )

A.3A/16 B.7A/16 C.11A/16 D.13A/16

分析:如前所述,我们按照能量转移和转化的路径来分析。由题意知:铬原子从n=2能级跃迁到n=1能级时,放出的能量应为这两个能级的能极差:ΔE=E2-E1=-A/4-(-A)=3A/4,此能量传给n=4能级上能量为E4=-A/16的电子, 电子吸收ΔE后的能量变为E=E4+ΔE= -A/16+3A/4=11A/16,这是它的总能量。而它脱离原子核后的电势能为零,因此俄歇电子的动能是Ek=E-Ep=11A/16-0=11A/16。所以选项C正确。也就是俄歇电子的动能等于第一次电子跃迁的能量(3A/4)与俄歇电子的离子能(A/16)之间的能差。通过进一步分析不难发现,俄歇电子的动能是它吸收的能量与电离耗费的能量之差,而这与光电子的初动能等于吸收的光能与消耗的逸出功之差的关系比较可知,从能量转化的实质上二者是相似的。所以,能量转化与守恒是复杂的光电效应现象中共同遵守的本质规律,研究清楚其中能量转化和转移的具体过程就是我们解决这类问题的关键。

太阳能电池是将光能转化成电能的装置,其工作的基本原理,也是一种光电效应――半导体的内光电效应。

例3:硅光电池是利用光电效应原理制成的器件,下列表述正确的是( )

A.逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关

B.硅光电池中吸收了光子能量的电子都逸出

C.硅光电池是把光能转变为电能的一种装置

D.任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应

分析:因为题干里说了硅光电池是利用光电效应原理制成的器件,所以容易判断出A、B、D是错误的,而C是正确的。但硅光电池的光电效应具体是一种什么样的现象?硅是半导体,它与一般金属的光电效应一样吗?A、B、D选项的具体错因是什么?要把这个问题说清楚,就要了解光电效应的另一种形式――半导体的内光电效应即光伏效应。

光照射到半导体等材料表面,由于材料原子能级结构的特殊性,虽然有时不产生逸出的光电子,但材料内部的电子能量、载流子浓度、分布及内部场的情况却可能随光照发生较大的变化。从而形成各种电磁效应或现象,这些现象一般统称为内光电效应。内光电效应的产生机制简述如下:

按照量子力学理论,由于物质内原子间靠得很近,彼此的能级会互相影响,而使原子能级展宽成一个个能带(如右图)。如果某一能带刚好被电子填满,则称为满带,它与上面的空带就间隔着一个禁带。二者之间的能量差叫带隙间隔(用Eg表示)。此时大于带隙间隔的能量才能把满带电子激发到空带上去。一般带隙较大(Eg>10eV数量级)的物质,被称为绝缘体;而带隙较小(Eg

但当光照射半导体表面时,为价带中电子提供了能量。当入射光子的能量(Eg为带隙间隔)时,价带中的电子就会吸收光子的能量,跃迁到导带,而在价带中留下一个空穴,形成一对可以导电的电子――空穴对。这里的电子并未逸出形成光电子,但显然存在着由于光照而产生的电效应。因此这种光电效应就是一种内光电效应。从理论和实验结果的分析知,要使价带中的电子跃迁到导带,也存在一个入射光的极限能量,即,其中是极限频率。入射光的频率大于时,才会发生电子的带间跃迁。

当光照到经半导体掺杂制成的PN结时,若满足入射光频率时,会产生内光电效应而形成光生电动势,从而形成光电池,如右图所示。此时再看刚才所举的关于硅光电池的例题,才能明确选项A、B、D都错在哪里――内光电效应发生也需入射光频率大于一定极限频率,而且电子不逸出物体表面。

上面又介绍了一种光电效应的现象――内光电效应。虽说具体的原理、现象与课上所学的差别较大,但能量转化间的关系,即(下转第77页)(上接第70页)入射光子能量大于带隙间隔时,才会产生内光电效应。这与课上所学入射光子能量大于逸出功时,才会产生内光电效应的能量转化机制是一样的。所以,把握住能量转化与转移的路径,按照能量守恒的思想去分析各种光电效应现象,是引导学生从物理学更基本的观念出发去分析、解决光电效应问题的方法。

在研究微观粒子(包括光子)相互作用时,牛顿定律不再适用,但仍遵循能量和动量的规律。例如另一个证明光有粒子性的实例是康普顿效应,它表明了光子与电子相互作用过程中要遵循能量守恒定律和动量守恒定律。

上述仅以光电效应的几种具体现象为例,表述了以能量转化和转移为线索,应用能量守恒思想分析此类问题的方法。其实,追寻守恒量,是科学家研究自然界繁复现象时的一种观念――探究纷繁复杂表象背后简单统一的规律――的体现。教师在教学中也应注重以守恒的思想分析实际的物理现象和问题。这可以使学生对物理的现象、规律有更本质和深入的认识,提高科学素质,有利于今后的继续学习和研究。

参考文献:

[1] 赵凯华,罗蔚茵.新概念物理教程量子力学[M]北京。高等教育出版社于年出版2001。

[2]沈华,朱文章,半导体光电性质[M]厦门.厦门大学出版社于1995.

[3]沈学础。实验物理学丛书 半导体光电性质[M]北京.科学出版社于1992.

第6篇:光电效应范文

[关键词]光电式;传感器;创新应用

一、光电传感器基本知识

光电传感器最根本的原理是光电效应,光电效应又分为外光电效应和内光电效应外光电效应:在光线作用下,物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。在光线作用下,物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。内光电效应又可分为以下两类:(1)光电导效应。在光线作用下,对于半导体材料吸收了入射光子能量,若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度,就激发出电子-空穴对,使载流子浓度增加,半导体的导电性增加,阻值减低,这种现象称为光电导效应。光敏电阻就是基于这种效应的光电器件。(2)光生伏特效应。在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池。

常用的光电传感器有光敏电阻、光电池、光敏二极管、光敏三极管等。利用这些传感器各自的特点加上巧妙的设计,光电传感器几乎被应用于生活的各个方面。光电传感器特点有:(1)检测距离长。如果在对射型中保留10m以上的检测距离等,便能实现其他检测手段(磁性、超声波等)无法离检测。(2)对检测物体的限制很少。由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理,所以不象接近传感器等将检测物体限定在金属,它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。(3)响应时间短。光本身为高速,并且传感器的电路都由电子零件构成,所以不包含机械性工作时间,响应时间非常短。(4)分辨率高。能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点,或通过构成特殊的受光光学系统,来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。(5)可实现非接触的检测。可以无须机械性地接触检测物体实现检测,因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此,传感器能长期使用。(6)可实现颜色判别。通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这种性质,可对检测物体的颜色进行检测。(7)便于调整。在投射可视光的类型中,投光光束是眼睛可见的,便于对检测物体的位置进行调整。

二、创新应用举例

1.测温功能

应用时,将感温头插入被测温环境中,外部法兰安装密封。传感器输出端与二次仪表输入端经辐射至光电转换器接收,转换成毫伏电压信号。感温管一般为经过特殊处理的高刚玉管或特殊材质管。光电转换器由光学透镜、光栏、硅光电池,温度稳定性网络组成。高压密封器将感温管开口端高压密封,防止感温管透气或断裂产生高压泄露,不影响辐射光传输,所以传感器在现场工作时,可拆卸光电转换器通过高压密封器观察感温管状况或检修光电转换器,信号传输导线为双芯屏蔽铜电缆,将传感器输出端按正负端与仪表信号输入端相接,接地端与地线相接,仪表上电即可实现测温。

2.火焰探测报警器

硫化铅光敏电阻的暗电阻为1MΩ,亮电阻为0.2MΩ,峰值响应波长为2.2μm。硫化铅光敏电阻处于V1管组成的恒压偏置电路,其偏置电压约为6V,电流约为6μΑ。V2管集电极电阻两端并联68μF的电容,可以抑制100Hz以上的高频,使其成为只有几十赫兹的窄带放大器。V2、V3构成二级负反馈互补放大器,火焰的闪动信号经二级放大后送给中心控制站进行报警处理。采用偏置电路是为了在更换光敏电阻或长时间使用后,器件阻值的变化不致于影响输出信号的幅度,确保火焰报警器能长期稳定地工作。

3.光控大门

我们都有这样的苦恼每次开车到了小区大门都要等门卫来开门或者等其按动电动门的开关,既费时又费人力,如果巧妙地利用光电传感器就可以实现光控大门。这里要用到一种电子元件——干簧继电器,它由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成。当线圈内有电流时,线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化,两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成连接状态,线圈内没有电流时,磁场消失,瓷片在弹力的作用下,回复到分离状态。把光敏电阻装在大门上汽车灯光能照到的地方,把带动大门的电动机接在干簧管的电路中,那么夜间汽车开到大门前,灯光照射光敏电阻时,干簧继电器接通电动机电路,电动机带动大门打开。

三、小结

以上介绍了光电传感器的基本原理和其特点,并列举了一些在生活实际中的创新应用实例。从这些实例中我们可窥见光电传感器无限的发展应用前景。光电式传感器在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。人类社会对传感器提出的要求越来越高是其发展的强大动力,突飞猛进现代科学技术的则为其提供了坚强的后盾,我们相信在不懈地探索中,光电传感器的应用定会有新的飞跃。

第7篇:光电效应范文

一、绿色照明工程项目:是指由国家经贸委和联合国环境保护计划署共同实施的,旨在促进照明产业发展,在全社会构建一个绿色照明环境的促进计划。 二、绿色照明:指的是采用高效绿色光源,经科学设计构建的高效节能、明亮舒适的照明环境。 三、绿色照明技术指标: 一是光源发出的光通量充足,环境明亮。 二是太阳光色,看任何色彩不产生色偏(不变色)、显色性能好。 三是光通量稳定,不波动,无频闪效应危害,无光污染,给人的感觉舒适。 实现绿色照明技术指标的决定因素,是绿色光源技术性能的优劣 四、绿色光源主要技术性能:优质绿色光源,应具有以下主要技术性能: 一是高光效、高亮度、高节能。光效:即光源每W电功率产生发出的光能量(俗称光通量)。单位:流明/瓦特(Lm/w)。光源每W电功率产生的光通量越多,光效越高,亮度越高,节约能源越多。 二是太阳光色、高显色性能。电光源产生的光频谱,即:光的颜色应是太阳光色。这样在观看物体表面颜色时,才能不产生色偏、不变色,显示物体表面的原本颜色。 为表示显色性能优劣,引入显色指数R值的概念。以太阳光R=100为标准,绿色光源R值应为:R≥85。光源的显色指数R值越大,光源显色性能越好。 三是光通量稳定、不波动、无频闪效应危害。电光源产生的光通量不稳定,产生光波动,称为频闪。频闪产生的危害性称为频闪效应。频闪效应实质上是光污染,其危害极大。其危害表现详见《论电光源频闪效应的危害性及改进技术对策》一文。 当前,广泛采用的T8直管日光灯(电感式)、白炽灯、高压汞灯、钠灯等电光源。其光通量的波动深度在55—65%,波动频率为每秒100周,频闪效应的危害性很大。消除频闪效应的技术措施,是提高驱动电光源发光体发光的电功率频率。绿色光源其驱动电光源发光体发光的电功率频率应在40 KHz(千周)以上(CE认证规定在40 KHz以上),才能避免频闪效应。需要说明的是,由于当前有些生产厂家,科技开发能力较弱。市场上电子式直管日光灯和大部分节能灯的,驱动电功率频率仅为20KHz左右,甚者低至15KHz左右。其光通量仍存在25-35%的波动深度,频闪效应的危害性仍然很大。 五、照明科技部分物理量的物理定义: 1、光通量:电光源产生发出的光能量,称为光通量,单位为流明(Lm)。在某固定的空间内,电光源产生的光通量越多,人对周围环境的视觉感觉越明亮。 2、光效:电光源每w电功率产生发出的光通量称为光效,单位为流明/瓦特(Lm/w)。电光源每w电功率产生发出的光通量越多,表明电光源将电能转换成光能的效率越高。 3、有效瞳孔流明(俗称有效视觉光效):指的是在电光源产生发出的光通量中,能被人的肉眼视觉感觉到那一部分可见光。有效瞳孔流明为纯数字物理量,它表明的是光源光通量的有效性。电光源的有效瞳孔流明倍数越高,光源实际的亮度越高。因此在工业、商业照明中,应选用有效瞳孔流明倍数高的光源。常用电光源的有效瞳孔流明倍数关系。 4、色温:指的是电光源产生发出的光的颜色。为直观量化,通常引入K氏温度的概念进行描述。色温分为:低色温、中度色温、高色温。 (1)、低色温:K氏温度在2700K-3500K。如早晨8时以前的日出,钠灯、烛光等发出的光为低色温。含有长波红、橙光较多。其光色表现为较柔和,给人的视觉感温馨温暖。 (2)、中度色温:K氏温度在3500K-4500K。如上午8时以后,10时以前的太阳光。含有较少的橙光和较多的蓝光,其光色表现柔而亮,给人的视觉感清晰舒适。 (3)、高色温:K氏温度在4500K-6500K。如上午10时以后,下午2时以前的太阳光,高频率高效率节能灯等发出的光为高色温。含短波篮、绿光较多,其光色表现为自然太阳光,给人的视觉感明亮舒适。电光源色温高低,并不表明电光源性能优劣。对电光源色温高低的选择,主要是根据应用场合和照明目标的需求而定。对于工业和商业环境照明,要求明亮舒适,显色性能好,应选用高色温的电光源。 5、显色性能:电光源发出的光,显示物体表面原本颜色的能力。光源显色性能越高,物体表面颜色越真实。为量化描述显色性能,引入显色指数R值的概念。以太阳光R=100值为标准,电光源的R值越接近100,说明电光源的显色性能越好。在工

第8篇:光电效应范文

【关键词】电压互感器;铁磁谐振;电子式电压互感器;光学电压互感器

Abstract:With rapid development of digital substation,it has become inevitable trend that electronic transformer would take the place of traditional transformer.This paper discussed defects of traditional transformer,and some major electronic voltage transformer studied abroad and home were compared with each other also,factors affected those EVT’s metering accuracy and stability were figured out.On the basis above,a new method of electronic voltage transformer based on detecting current of high voltage capacitor,was proposed.This EVT had simple structure,high measuring accuracy and convenient signal transmitting access.

Keyword:voltage transformer;ferro-resonance;electronic transformer;optical voltage transformer

引言

随着国民经济的迅速发展,电网规模不断地扩大,输电线路电压等级不断提升。传统的电压互感器为满足绝缘要求,其愈发显得体大质重,不便于运输和维护。同时,随着信息技术手段的发展,数字化微机保护装置和综合自动化设备越来越普及,数字化变电站已经不再是一个虚拟的概念。例如,我们通常规定电压互感器二次电压是57.7V或100V,这么高的电压无法与保护设备直接连接,而且微机保护装置和变电站自动化设备输入负载已经很小,不再需要大功率驱动。因此发展电子式电压互感器,既能解决与保护装置接口的问题,又能降低能源损耗,适应电力系统自动化、数字化的发展要求[1-4]。电子式互感器是未来互感器发展的方向,本文对近年来国内外电子式电压互感器的研究和开发状况作了简要的介绍和讨论。

1.传统电压互感器存在的一些问题

1.1 电磁式电压互感器

电压互感器是电网中重要的电压信号采集装置。目前,在国内、外电网中运行的电压互感器主要以电磁式电压互感器(PT)和电容式电压互感器(CVT)为主。1830年法拉第发现了电磁感应定律,1882年世界上第一台以电磁感应原理为基础的电压互感器问世。电磁式电压互感器是在电网中应用最久的、制造技术最为成熟的电压互感器,并且拥有相当丰富的运行经验。但限于其传感原理,为满足绝缘的要求,一般体积大重量大,且存在铁磁谐振的隐患[5]。随着电网电压等级的攀升,其局限性也愈发暴露出来[6]。图1为电磁式电压互感器产生铁磁谐振的等效电路。

图1 PT铁磁谐振电路

根据等效电路有:

(1)

式中YA、YB、YC为各相对地等效导纳。当互感器铁芯饱和、电感下降时,即有可能诱发铁磁谐振。

1.2 电容式电压互感器

电容式电压互感器采用电容分压原理,将母线高电压通过串联电容器在其低压端抽取一1~2万伏的电压,再经过中间变压器降压,在二次侧得到两组或三组57.7V的相电压和一组100V的开口三角电压如图2所示。在额定工频下,补偿电抗器的电抗与中间变压器的漏抗之和与等值容抗ω(C1+C2)串联谐振,使中间变压器一次侧绕组上的压降等于分压电容器C2上的压降,可使中间变压器的输入电压稳定。与电磁式电压互感器相比,在同一电压等级下的体积和重量有了很大的降低。但由于电容器的特性决定了其动态特性较之电磁式要差[7],同时它仍然存在铁磁谐振的隐患[8]。

图2 CVT原理图

2.电子式电压互感器分类

2.1 电阻分压型

电阻分压型电子式电压互感器采用精密电阻分压,在低压侧取一个几伏的电压信号,如图3所示。通过屏蔽导线将信号引入处理电路,再经过调相、调幅电路输出二次电压。电阻分压型电子式电压互感器采用精密电阻分压器作为传感元件,其技术成熟,结构简单,具有测量准确度高、体积小、重量轻等优点,但受电阻功率和绝缘的限制主要应用于10kV和35kV等级的电压网络。在国外,ABB、SIEMENS等公司已经研制出了电阻分压型电子式电压互感器产品并投入运行。国内一些科研单位也展开了相应的研究。

图3 电阻分压型电子式电压互感器

图4 电容分压型电子式电压互感器

电阻分压型电子式电压互感器的不足在于:①互感器对分压电阻精度要求高,而电阻受温度影响较大,因此很难保证测量的可靠性。②电阻材料的选择及制造工艺要求高,成本高。③受电阻功率和绝缘的限制,其适用电压等级低。④由于提取的是电压信号,传输导线不能引得太长,以避免因导线压降引起的测量误差。⑤同时,因为引导线不能太长,处理电路与分压器不能距离太远,限制了此类电压互感器的使用范围。⑥虽有保护间隙,但一次侧与二次侧没有有效的电气隔离。

2.2 电容分压型

图4所示的电子互感器是一种典型的电容分压型电子式电压互感器。从分压电容C2处采得一4~6伏的低电压信号经过数字变换器转换成数字信号,再经过电光转化变成光信号,通过光纤传送到保护和测控装置。

由图4知,所取低电压u2与被测高压u1的关系为:

(2)

因此,通过这种形式的电容分压可以反映一次高压。还有一种电容分压形式如图5所示,与上面电路不同在于其在电压电容C2上并联了一个低阻值电阻R,其等效于电容电阻分压。这主要是因为电容C2性能不太稳定,该形式的互感器主要应用于GIS(气体绝缘开关)系统中。

图5 GIS电容分压型电子式电压互感器

由图5知,电压传感器输出电压u2与被测电压u1的关系为:

(3)

若时:

(4)

由式(4)知,只要对处理电路输入电压进行积分即可获得与高压侧电压成线性变化的二次电压信号。在国内已经有多家单位研制出了220kV电压等级的电容分压型互电子式电压感器,但其效果有待进一步检验[9]。

电容分压型电子式电压互感器的不足在于:①由于分取的电压小,分压器高压侧电容值很小,要制作如此小的电容其制作工艺复杂,成本高。②高压侧与处理电路间没有电气隔离。③为减小导线压降,电压传输导线不宜过长,这就限制了处理电路只能在分压器附近,其供电电源的可靠性难保证。④光纤传输系统复杂,且电\光、光\电转换繁琐。⑤处理电路置于现场,温度的大幅变化对电子器件的稳定工作有不可忽视的影响。

2.3 Pockels电光效应型

光学电压互感器(OVT)采用光学元件作为传感单元,根据工作的原理可划分为基于Pockels电光效应的OVT和基于逆压电效应的OVT。晶体折射率随外加电压线性变化的现象称为线性电光效应,即Pockels效应,它又分为纵向Pockels效应和横向Pockels效应;图6所示是一种基于纵向效应的OVT。基于Pockels电光效应的 OVT,利用某些晶体(如电光晶体)在外加电场作用下其折射率发生变化,使通过其中的偏振光产生人工双折射,沿感生主轴方向分解的两光束由于折射率不同,导致在晶体内传播的速度不同,从而形成相位差,两光束的相位差通过检偏器等光学元件的变换,可转化为光强变化,从而实现对外施电场(或电压)的测量。

图6 Pockels电光效应原理图

图6中两偏振轴上的光相位差为:

(5)

式中:λ为入射光波长,n0晶体折射率;γ为晶体的电光系数,U为待测电压。

根据马吕斯定律,自然光经过第一块偏振器(起偏器)时,出射的偏振光光强为入射自然光的二分之一。该偏振光经过第二块偏振器(检偏器)后,出射光光强为:

(6)

式中Uπ=λ/2γn03。

因此通过检测出射光的强度,再根据式(6)即可将换算出被测电压值。

Pockels电光效应型电压互感器的不足在于:①对于纵向Pockels效应,在选定好晶体后其半波电压是固定的,因此若要测量更高的电压则还需电容分压后加到晶体的两端。②对于横向Pockels效应,有自然双折射引起的相位延迟,这个附加相位差极易受外界温度变化影响。③对于纵向Pockels效应,电场的不均匀性对测量的准确有很大的影响。④环境温度的变化会引起晶体电光系数γ的变化。

2.4 逆压电效应型

逆压电效应是指当压电晶体受到外加电场作用时,晶体产生极化的同时形状也将产生微小变化,这种现象称为逆压电效应。若将逆压电效应引起的晶体形变转化为光信号的调制并检测光信 号,则可实现电压的光学传感,其原理如图7所示。

图7 逆压电效应型

以压电陶瓷(PZT)和单模光纤作为传感头的OVT为例。将单模光纤固绕在压电陶瓷圆柱上,匝数N,被测电压U施加于圆柱两端,则它的横向应变将引起光纤中传输光的相位移Δφ=KNU,式中K为与光波长、光纤及压电陶瓷有关的常数。由此可知,通过测量 Δφ即可获知被测电压U的大小。它的优点是不需要电光晶体,可以避免一些不利光学效应对传感信号的干扰,而且成本很低。

逆压电效应型电压互感器的不足在于:①制造相应光纤的工艺复杂,一些具体技术问题还未很好的解决。②到目前为止,其测量的精度不高。

2.5 Kerr效应型

Kerr效应是存在于某些光学各向同性介质中的一种二次电光效应,其表达式为:

(7)

式中Δn为介质折射率的变化量,E为外加电场强度,K为常数。介质中Δn的出现将引起通过它的光波偏振状态的变化,故由检测光波偏振态可获知被测电场强度。但Kerr效应很弱,而且Δn与E不是线性关系,因此在电子式电压互感器中应用的还比较少。

3.检测电流型电子式电压互感器

检测电容电流型电子式电压互感器的原理接线框图如图8所示。图8中Up为单相高压母线或单相出线一次电压;C为高压电容器;TA为高精度电流互感器;1为电流变电压运算放大器;2为积分放大器;3为相位校正电路;4为保护间隙;5为工作电源。

TA电流互感器将通过高压电容器的电流信号传送到信号处理电路,从而实现对一次高电压的测量。因此,电压互感器的总变比为:

(8)

式中K1为电流传感器的变比,K3为积分放大倍数,R为TA二次电流转化成电压信号时的取样电阻,C为高压电容。

图8 电子式电压互感器结构图

4.结论

本文针对现有的各类电子式电压互感器作分析和比较,阐述了基于各种原理的电子式电压互感器的结构和特点。

参考文献

[1]方春恩,李伟,等.基于电阻分压得10kV的电子式电压互感器[J].电工技术学报,2007,22(5):58-63.

[2]段雄英,廖敏夫,邹积岩.基于电容分压器的电子式电压互感器的研究[J].高电压技术,2003,29(1):50-51,59.

[3]肖霞,叶妙元,陈金玲.光学电压互感器的设计和试验[J].电网技术,2003,27(6):45-47.

[4]罗苏南,叶妙元,徐雁.光纤电压互感器稳定性的分析[J].中国电机工程学报,2000,20(12):15-19.

[5]马朝华,杨育霞.基于MATLAB/SIMULINK的CVT铁磁谐振过程的仿真研究[J].高压电器,2007,43(3):209-211.

[6]王晓琪,叶国雄,郭克勤.1000kV柱式CVT的设计要点及检测[J].高电压技术,2007,33(11):37-42.

[7]李一泉,何奔腾.基于PRONY算法的电容式电压互感器暂态基波辨识[J].中国电机工程学报,2005,25(14):30-34.

[8]李,叶国雄,王晓琪.用ATP-EMTP研究1000kV CVT的暂态特性[J].高电压技术,2008,34(9):1850-1855.

第9篇:光电效应范文

【关键词】光伏错配 热斑效应 旁路二极管 功率耗散

光伏电池遇到灰尘、树木的影响造成阴影,同时光伏电池自身的老化和损坏都会造成光伏电池输出特性的降低。在由伏安特性差异大的光伏电池构成的串联阵列中,在接近短路电流处,可能造成光伏电池焊接处的融化。因此研究光伏电池组件的串并联错配的特性,提高光伏电池错配的性能,显得尤为重要。

1 光伏电池的数学模型

光伏电池中流过的电流与加在二极管两端的电压之间的关系是光伏电池的U-I特性。光伏电池的U-I特性类似于二极管的U-I特性曲线。光伏电池电压是由光生伏特效应产生的。图1示出光伏电池的U-I特性。

图1 光伏电池的等效电路

考虑到光伏电池的电阻效应可以影响电池的发电效率,串联电阻通路流过的电流是Ish。光伏电池的伏安特性曲线是光生电流和二极管暗电流以及串联电阻耗散电流的叠加。

2光伏电池串联错配

2.1短路电流变化的影响

光伏电池板是由多块光伏电池片构成的,当各个电池片性能不相同时,互相串联的电池片就产生了错配。实验中,用2块电池板串联使用测试数据。电池板A开路电压22.1V,短路电流5.2A,Pmax=87.0W。如果选用电池板A和电池板B进行串联连接,电池板B只有短路电流参数发生改变,其他各参数如开路电压、温度、光照等都保持不变。表1示出光伏电池性能不同对电池各参数的影响。

对于2块性能相同的电池板,在光照强度1000W/m2,温度为25。C得到2块电池板串联的最大功率点是175W。当电池下降程度严重时,最大功率损失会很严重。光伏电池会工作在反向偏置工作状态,产生热斑效应,加速对电池的损坏。

2.2串联电阻变化的影响

光伏组件的I-U特性曲线在短路电流处差异很小,在最大功率点范围内曲线变化较大。内阻Rs越小,最大功率点越大;内阻Rs越大,最大功率点越小。串联电阻越大,在开路电压附近与理想光伏电池I-U特性曲线相近,具有较好的稳压特性。图2示出串联电阻Rs对光伏电池I-U特性的影响。

图2 Rs对光伏电池I-U特性的影响

3旁路二极管对光伏电池特性的影响

3.1反向偏置状态下光伏电池的I-U曲线

光伏电池加上反向电压时,反向电流数值很小。当反向电压超过某一电压时,反向电流将迅速变大。串联电路出现错配,就意味着单片电池最小电流决定串联组件的电流数值。单片电池处于反向偏压状态时,可能引起局部过热效应。严重时会造成光伏电池组件的损坏。图3示出光伏电池反向偏压的伏安特性曲线。

图3 光伏电池反向偏压的伏安特性曲线

在电流匹配的情况下,旁路二极管对电池组件没有任何影响。当光伏电池处于反向偏压时,旁路二极管对光伏电池片产生作用,旁路二极管导通,电流不经过单个光伏电池,而是流过旁路二极管。

3.2所加旁路二极管数目对功率输出效率的影响

在串联电池短路电流错配下,可以使用旁路二极管与光伏电池并联。当有一节电池发生电流错配时,此问题电池被反向偏置,那么正常电池的电流就会流向旁路二极管电路。由36块电池片组成的光伏组件,分别并联0、3、9、18、36个旁路二极管,假定有一块电池短路电流下降为一半。只要串联电池中有电池性能下降,导致电压反向偏置,则正常电池发电电流导通旁路二极管,使电流通过。实验结果得出表2旁路二极管个数和功率输出效率的关系。

由表2可以得知,当光伏组件中每一块电池片都并联旁路二极管时,即使发生错配,功率输出效率高达98.%。考虑到光伏组件并联3―6个旁路二极管,功率输出效率达到83.3%―91.7%,每个光伏电池片都并联二极管,成本增高。因此,在光伏组件中并联3―6个旁路二极管是效率最合理的选择。

4结语

当光伏电池短路电流下降时,电池阵列出现串联错配。串联错配会带来较大的功率下降。光伏电池反向偏置时,光伏电池短路电流小于要通过的电流,旁路二极管导通,保护了性能下降的电池,避免了功率的耗散,尤其是热斑效应。旁路二极管对光伏电池有较好的保护作用。

参考文献:

[1]田琦,赵争鸣 等.光伏电池反向模型仿真分析与实验研究[J].中国电机工程学报,2011,31(23).

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