Солнечные фотопреобразователи и солнечные батареи из кристаллического кремния.

Некоторые параметры современных промышленных образцов.

1. Напряжение холостого хода отдельного фотопреобразователя примерно U_хх = 0,6 в.

2. Плотность тока короткого замыкания (без учёта влияния атмосферы) J_кз = 49,6 мА/см².

Сила тока зависит от интенсивности падающего света и размера ФЭПа, то есть от площади его поверхности.

3. Пиковая мощность соответствует напряжению около 0,47 В.

4. Коэффициент заполнения - до 0,82.

5. КПД обычного солнечного элемента в настоящее время колеблется в пределах 10-16 %. Это значит, что ФЭП размером 100 ·100 мм при стандартных условиях может генерировать 1,0 - 1,6 Вт. Солнечные кремниевые фотопреобразователи с p-n переходом, имеющие некоторые конструктивные особенности, имеют к.п.д. от 16 до 19 %.

Для создания энергетических устройств с нужными характеристиками (напряжение, сила тока, мощность) солнечные ФЭП-ы соединяют в солнечные батареи, применяя последовательное, параллельное или последовательно-параллельное соединения. Вольт-амперная характеристика и кривая мощности солнечной батареи похожи на характеристики отдельных фотопреобразователей (рис.8).

Рис. 8 – Нагрузочная вольт-амперная характеристика и зависимость выходной мощности от напряжения ( кривая мощности) солнечной батареи, составленной из последовательно соединённых фотопреобразователей.

Стандартными условиями для паспортизации фотопреобразователей и солнечных батарей во всем мире следующие :

- энергетическая освещенность 1000 Вт/м²

- температура 25 °С

- спектр АМ 1,5 (солнечный спектр на широте 45°)

Выполнение работы

Задание 1. Измерение нагрузочной вольт-амперной характеристики солнечной батареи при двух уровнях освещения.

1. Изучить и законспектировать теоретическое введение.

2. Ознакомиться с измерительной схемой (рис. 5) и зарисовать её.

2. Установить осветитель в положение, соответствующее освещённости Е₁.

3. Включить осветитель и измерительные приборы (мультиметры).

4. Установить сопротивление нагрузки R (магазин сопротивлений) в положение, соответствующее минимальному сопротивлению.

5. Изменяя сопротивление нагрузки R от минимального до максимального значений, занести показания вольтметра (напряжение на нагрузке U ) и миллиамперметра (сила тока в нагрузке I ) в таблицу 1.

6. Установить осветитель измерительной схемы в положение, соответствующее освещённости Е₂.

7. Изменяя сопротивление нагрузки R от минимального до максимального значений, занести показания вольтметра (напряжение на нагрузке U ) и миллиамперметра (сила тока в нагрузке I ) в таблицу 2.

8. Для всех снятых показаний по формуле P = I ·U вычислить мощность P, выделяемую в нагрузке.

9. По полученным данным построить на одном графике нагрузочные вольт-амперные характеристики солнечной батареи для двух освещённостей.

10. Построить график зависимости мощности, отдаваемой солнечной батареей в нагрузку, от напряжения на нагрузке (кривая мощности) для уровня освещённости Е₁.

Таблица 1,2

U,
I,
P=I ·U,

Задание 2. Определение параметров солнечной батареи.

1. Используя полученные данные, определить ток короткого замыкания I_кз и напряжение холостого хода U_хх .

2. Используя табличные данные и зависимость мощности от напряжения, определите максимальную электрическую мощность, выделяемую в нагрузке, и напряжение, соответствующее максимальной мощности, для уровня освещённости Е₁.

3. Используя график нагрузочной вольт-амперной характеристики солнечной батареи для освещённости Е₁, определите коэффициент заполнения f . Коэффициент заполнения определяется путём вычисления максимальной площади прямоугольника, ограниченного вольт- амперной характеристикой.

4. Вычислите к.п.д. солнечной батареи, используя формулу (4), значение энергетической освещённости Е₁ и площадь поверхности батареи S.

η = f · I_кз·U_хх / Ф = f · I_кз·U_хх · 100 % / Е₁ · S(5)

Контрольные вопросы

1. Что называют фотопреобразователем солнечной энергии?

2.Принцип действия солнечного фотопреобразователя.

3. Из какого материала изготавливают промышленные солнечные батареи?

4. Конструкция солнечного фотопреобразователя.

5. Роль антиотражающего покрытия и металлических контактов.

6. Основные параметры солнечного фотопреобразователя: P_макс, U_хх, I _кз , f , η (к.п.д.).

7. Нагрузочная вольт-амперная характеристика. Как она выглядит?

8. Что такое пиковая мощность?

9. Параметры современных солнечных фотопреобразователей, изготовленных из кристаллического кремния.

10. Что такое солнечная батарея?