ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ НЕТРАДИЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭНЕРГИИ

Измерение параметров фотоэлектрических преобразователей солнечного излучения.

     Фотопреобразователи в зависимости от их конструкции принято делить на три основные группы:

1.    одиночные солнечные элементы (solar cells);

2.    модули солнечных элементов (sub-assemblies solar cells);

3.    плоские панели (flat modules);

     Измерение вольт-амперных характеристик (ВАХ) фотопреобразователя обычно выполняется их экспозицией при неизменяющемся освещении и известной температуре. В качестве источника света может служить Солнце или имитатор солнечного освещения. Затем полученные результаты, как правило, приводятся к стандартным условиям измерения (STC - Standard Test Conditions). Скорректированные выходные мощность и напряжение приводятся как номинальные.
     Поскольку на выходные характеристик СЭ значительное влияние оказывает спектральный состав излучения, выходная мощность при одной и той же измеренной падающей мощности может отличаться на несколько процентов. Поэтому в качестве стандартного излучения принимается излучение со строго определенным спектральным составом.

     На практике для корректировки используют образцовый солнечный элемент (referense CE), который имеет тот же спектральный отклик, что и испытываемый солнечный элемент, и для которого имеется калибровочная зависимость тока короткого замыкания (Isc) от мощности (Вт/м2), измеренная при стандартном спектральном составе.
      ВАХ солнечного элемента, указаны стандартизированные точки для которых значения тока и напряжения входят в паспортные данные В качестве тестового используется излучение заданного состава интенсивностью 1000 Вт·м2, условия (АМ 1,5), падающее на плоскость, наклоненную под углом 37° к горизонту и имеющую отражательную способность 0,2, при следующих метеорологических условиях: влажность - 1,42 см, содержание озона - 0,34 см, замутненность - 0,27-0,57 мкм.

На рисунке справа показана типичная ВАХ СЭ. Точка А характеризует ток короткого замыкания Isc, точка В - напряжение холостого хода Uoc, точка С - точка максимальной мощности (для нее максимально произведение напряжения и тока), точка D - соответствует заданной нагрузке.
     Коэффициент заполнения рассчитывается следующим образом:

FF = Pmax / (Isc·Uoc) = (IPmax·UPmax)/(Isc·Uoc).

Мощность, выделяющаяся в нагрузке, рассчитывается следующим образом:

PL = IL·UL.

Схема измерения ВАХ солнечного элемента      На рисунке слева показана принципиальная схема измерения ВАХ СЭ, включающая двухкоординатный регистрирующий потенциометр, на один из входов которого подается напряжение с солнечного элемента, на другой - напряжение, пропорциональное току, генерируемому солнечным элементом (две входные точки у них имеют внутреннее соединение). Для того чтобы снять всю ВАХ СЭ, последовательно с регистрирующим сопротивлением включается источник изменяемого постоянного напряжения.
     По ВАХ СЭ, измеренной в стандартных условиях, можно определить коэффициент заполнения (FF), КПД СЭ, напряжение холостого хода (Uoc), ток короткого замыкания (Isc). Шунтирующее сопротивление измеряется в темноте при обратном смещении (Rp = U/I). Для измерения последовательного сопротивления (Rs), как правило, используется специальная процедура.

Измерение последовательного сопротивления (Rs)

Для того чтобы определить значение RS, ВАХ СЭ снимают при двух различных освещенностях, причем не обязательно, чтобы освещенности были известны. При каждом измерении фиксируются некоторые точки на ВАХ со значениями токов I1 и I2 меньшими соответствующих значений токов короткого замыкания ISC1 и ISC2. Тогда для токов можно записать следующие выражения
     
из которого исключив I получим:
     

и несколько преобразовав уравнение, получим выражение для Rs:

Определение параметровпо  ВАХ

Этот метод позволяет определить величину Rs достаточно точно. Определить Rs непосредственно по графикам ВАХ затруднительно из-за, как правило, низких его значений.

Определение параметров Is, Io, m

Для того чтобы сравнить экспериментальные характеристики с расчетными, необходимо определить Is, Io, m. Чтобы исключить влияние на результаты измерений последовательного сопротивления Rs измеряется зависимость Isc от Uoc при различных интенсивностях освещения (при измерении Uoc ток не протекает, и Rs на результат измерения не влияет). Таким образом, построив по измеренным точкам зависимость Isc от Uoc, получим темновую ВАХ, в которой отсутствует влияние Rs (см. выше).
     Затем ВАХ перестраивается в логарифмическом масштабе и, проводя соответствующую экстраполяцию, получим значения Is, Io и m (см. рисунок справа).


 Работа над темой