Спектральная чувствительность солнечной батареи

Зависимость характеристик солнечных батарей от освещенности. Эффективность преобразования солнечного света в электрический ток , страница 4

4. Спектральная характеристика фотоэлемента.

Спектральная характеристика фотоэлемента это зависимость тока короткого замыкания от длины волны падающего света. Для кремниевого фотоэлемента максимум спектральной характеристики почти соответствует максимуму спектрального распределения энергии солнечного света (рис. 5). Именно поэтому кремниевые фотоэлементы широко используются для создания солнечных батарей.

Рис. 5. Спектр Солнца (Т ≈ 5800 К), спектр света лампы (Т ≈ 2000 K) и спектральная чувствительность кремниевой солнечной ячейки.

Спектр лампы и Солнца отличаются тем, что у Солнца больше коротковолнового излучения (с большей энергией), а у лампы больше длинноволновая составляющая. Таким образом, лампа сильнее нагревает фотоэлемент, поэтому ее свет дает меньший ток короткого замыкания и, соответственно, меньший КПД.

Если энергия кванта света меньше ширины запрещенной зоны, то фотоэффекта не будет вовсе, поэтому существует минимальная энергия (или максимальная длина волны), при которой эффект ещё наблюдается. Для кремния Si ширина запрещенной зоны E_g=1,1 эВ, что соответствует длине волны λ_max=1,3 мкм и частоте ν=2,5·10 14 Гц.

С повышением температуры фотоэлемента происходит: а) понижение потенциального барьера (уменьшатся ширина запрещенной зоны) и б) увеличивается количество основных носителей, имеющих бо́льшую энергию, т.е. происходит перераспределение носителей по уровням. Понижение барьера приводит к понижению напряжения холостого хода (а также тока короткого замыкания) – уменьшается площадь под ВАХ – уменьшается КПД фотоэлемента (рис. 6).

Рис. 6. Вольт-амперная характеристика солнечной батареи: a) с охлаждающим вентилятором, b) без охлаждающего вентилятора, c) при экранировке стеклянным колпаком.

Порядок выполнения работы

1. Определение интенсивности света на разных расстояниях от лампы.

Установить датчик интенсивности (ДИ) в держатель. Поместить держатель на линейку на расстоянии 1 м от лампы. Снять с разъемов датчика заглушки. Подключить разъемы датчика к мультиметру — к разъемам «com» и «VΩHz». Перевести мультиметр в режим измерения напряжения – повернуть ручку предела шкалы на отметку «200 mV».

Включить лампу и мультиметр. Изменяя расстояние (r) от датчика до лампы от 1 м до 50 см с шагом 5 см, измерить интенсивность света (J), т.е. снять показания вольтметра в соответствующих шагу положениях (U_J), а затем поделить их на чувствительность фотодетектора (0,16 мВ/мВт) и площадь солнечной батареи (50 см 2 ). Данные занести в таблицу 1. Выключить лампу и мультиметр. Построить график J от r, где r меняется от 5 до 100 см. РАССТОЯНИЕ НЕ ДОЛЖНО БЫТЬ МЕНЬШЕ 50 см! Для расстояний меньше 50 см интенсивность находят экстраполяцией графика J от r.

Источник

Спектральная характеристика фотоэлемента

Спектральная характеристика фотоэлемента это зависимость тока короткого замыкания от длины волны падающего света. Для кремниевого фотоэлемента максимум спектральной характеристики почти соответствует максимуму спектрального распределения энергии солнечного света (рис. 6). Именно поэтому кремниевые фотоэлементы широко используются для создания солнечных батарей.

Рис. 6. Спектр Солнца (Т ≈ 5800 К), спектр света лампы (Т ≈ 2000 K) и спектральная чувствительность кремниевой солнечной ячейки.

Спектр лампы и Солнца отличаются тем, что у Солнца больше коротковолнового излучения (с большей энергией), а у лампы больше длинноволновая составляющая. Таким образом, лампа сильнее нагревает фотоэлемент, поэтому ее свет дает меньший ток короткого замыкания и, соответственно, меньший КПД.

Если энергия кванта света меньше ширины запрещенной зоны, то фотоэффекта не будет вовсе, поэтому существует минимальная энергия (или максимальная длина волны), при которой эффект ещё наблюдается. Для кремния Si ширина запрещенной зоны E_g=1,1 эВ, что соответствует длине волны λ_max=1,3 мкм и частоте ν=2,5·10 14 Гц.

5. Зависимость I_к.з. и U_хх от температуры.

С повышением температуры фотоэлемента происходит: а) понижение потенциального барьера (уменьшатся ширина запрещенной зоны) и б) увеличивается количество основных носителей, имеющих бо́льшую энергию, т.е. происходит перераспределение носителей по уровням. Понижение барьера приводит к понижению напряжения холостого хода (а также тока короткого замыкания) – уменьшается площадь под ВАХ – уменьшается КПД фотоэлемента (рис. 7).

Рис. 7. Вольт-амперная характеристика солнечной батареи: a) с охлаждающим вентилятором, b) без охлаждающего вентилятора, c) при экранировке стеклянным колпаком.

II. Порядок выполнения работы

Определение интенсивности света на разных расстояниях от лампы.

Установить датчик интенсивности (ДИ) в держатель. Поместить держатель на линейку на расстоянии 1 м от лампы. Снять с разъемов датчика заглушки. Подключить разъемы датчика к мультиметру — к разъемам «com» и «VΩHz». Перевести мультиметр в режим измерения напряжения – повернуть ручку предела шкалы на отметку «200 mV». Включить лампу и мультиметр. Для расстояние (r) от датчика до лампы от 1 м до 50 см с шагом 5 см, записать показания мультиметра в табл.1. Показания мультиметра записываются через 10 секунд после перемещения датчика. Выключить лампу. РАССТОЯНИЕ НЕ ДОЛЖНО БЫТЬ МЕНЬШЕ 50 см!

r, см

UJ, В

J, Вт/м 2

Uхх, В

Iкз, мА

2. Измерение зависимости U_хх от освещенности.

Установить фотоэлемент в держатель. Поместить держатель на линейку на расстоянии 1 м от лампы. Подключить фотоэлемент к мультиметру – к разъемам «com» и «VΩHz». Перевести мультиметр в режим измерения напряжения – повернуть ручку предела шкалы на отметку «20 V». Включить лампу и мультиметр. Изменяя расстояние от фотоэлемента до лампы от 1 м до 50 см с шагом 5 см, измерить зависимость U_хх от расстояния до лампы, Данные занести в таблицу 1. Выключить лампу

3. Измерение зависимости I_кз от освещенности.

Не меняя схему, перевести мультиметр в режим измерения тока с пределом шкалы «200 mA». Включить лампу. Изменяя расстояние от фотоэлемента до лампы от 1 м до 50 см с шагом 5 см, измерить I_кз Данные занести в таблицу 1. Выключить лампу и мультиметр.

4. Измерение ВАХ и получение ее зависимости от освещенности.

Подключить один разъем фотоэлемента к мультиметру (М1) – к разъему «mA», а другой к сопротивлению (R) – к одному из разъемов, (но не к желтому «max600V

»). Подключить второй разъем сопротивления (но не желтый) ко второму разъему мультиметра – «COM». Перевести мультиметр в режим измерения тока с пределом шкалы «200 mA». Подключить к фотоэлементу (к разъемам уже подключенных к фотоэлементу штекеров) второй мультиметр (М2) (разъемы «com» и «VΩHz»). Перевести его в режим измерения напряжения с пределом шкалы «20 V».

а) Поставить фотоэлемент на расстоянии 50 см от лампы. Перевести бегунок сопротивления в положение максимального значения R (положение, наиболее удаленное от разъемов). Включить лампу. Плавно изменяя сопротивление R (двигая бегунок в сторону разъемов) измерить зависимость тока от напряжения в пределах напряжения от 2,05 В до 1 В с шагом 0,01 В для U = 2,05 ÷ 2 В и с шагом 0,1 В для U = 2 ÷ 1 В. Данные занести в табл.2.

Источник

Фотоэлектрические панели солнечных батарей

Производство и состав

ФВЭ	Легирование полупроводников

Полупроводниковый материал сам по себе не производит энергию, Каждый фотоэлемент состоит из тонкого слоя материалов N-типа и другой с большей толщины материала типа п. отдельно, оба являются электрически нейтральными. Но быть вступил в союз с P-N и получения солнечного света, генерирует электрическое поле за счет кремния N-типа электроны занимают пустоты (пробелы) кремния P-типа структуры.

Концепции новых солнечных элементов

Grätzel ячейка

Nanocristalinas клетки, ознакомлены с красителями

Новый тип солнечных батарей был введен в 1991 году швейцарский профессор Майкл Grätzel и может развиться недорогой альтернативой для Силиконовой технологии. Основной материал «Grätzel ячейки» является полупроводниковый диоксида титана (TiO₂). Однако он не работает на основе p-n перехода в полупроводнике, поглощающих свет в органический краситель, таким же способом растения использовать хлорофилл для захвата энергии от солнечного света через фотосинтез.

В маленькой камере лаборатории достигли 12% КПД. Модули из первой партии ограниченного производства австралийской фирмы STA, имеют КПД около 5%.

В отличие от кристаллических ячеек его эффективность возрастает с увеличением температуры. В результате используются для небольших устройств в интерьерах и в интеграции в зданиях. В последнем случае клетки с красители предлагают новые и захватывающие возможности рисования, благодаря его гибкости с точки зрения прозрачности и ее красноватого цвета (цвета охры), которые могут трансформироваться в зелено серый цвет как пятно применяется.

Производство энергии

Освобождение электронов создает разность потенциалов, связь между клетками увеличить эту разность потенциалов. Как клетки не могут хранить энергию, эта энергия должна хранится в аккумуляторах или преобразованы для немедленного потребления.

Солнечные панели состоят из солнечных элементов в серии и параллельно для получения требуемого напряжения и тока.

Солнечные батареи в серии

Фотоэлементы подключены в серии (положительных до отрицательных) дает высокого напряжения.

В этом случае соединения двух клеток в серии, каждая из 0,42 вольт производит в общей сложности 0,84 напряжения вольт. Если мы хотим, чтобы выход 12 вольт, должен существовать по крайней мере 29 клеток.

Клетки обеспечивают относительно постоянного напряжения, если текущее потребление не превышает максимальная power point ( MPP ).

Солнечные батареи параллельно

Солнечные батареи соединены параллельно (положительный позитивный, минус к минусу) позволяют выше текущего потока.

В этом случае соединения двух клеток одновременно, каждый из 0,42 вольт производит полного напряжения 0,42 кв. Для многих клеток, Соединенных параллельно напряжение никогда не будет больше чем один.

Типы клеток:

Существует несколько типов клеток по методу изготовления и используемого материала.

• Аморфного кремния: Клетки, полученные путем осаждения из очень тонких слоев кремния на поверхности стекла или металла.
  Эффективность преобразования солнечного света в электричество колеблется от 5% и 7%;
• Монокристаллического кремния: Клетки, полученные из цилиндрических стержней из монокристаллического кремния производится в специальных печах. Клетки получаются путем разрезания баров в виде тонких квадратные вставки (0,5 0,4 мм толщиной).
  Эффективность преобразования солнечного света в электричество выше 12%;
• Кремния policristinalino: Клетки производятся из блоков кремния, полученные путем плавления чистого кремния чипов в специальные формы. После того, как в формы, кремний медленно остывает и затвердевает сам. в этом процессе, в единственном кристалле атомы не организуются. Образуют структуру поликристаллических с поверхности разделения между кристаллов.
  Эффективность преобразования солнечного света в электричество это немного ниже, чем в монокристаллического кремния;
• Nanocristalinas клетки, ознакомлены с красителями: В фазе развития и маркетинга, высокие индексы с высокой температурой и низким уровнем излучения;
• CIGS: Использование в свой состав Cu (In, Ga) Se₂ (медь, Индио, галлия, селен), имеют доходность 13%. Есть некоторые проблемы с поставками, так как 75% Indico коммерчески распределены используется в производстве ЖК- и плазменных мониторов;
• Арсенита арсенида галлия (GaAs): в настоящее время наиболее эффективная технология показ уровня 28% эффективности. Его цена является чрезвычайно высокой, используя главным образом в космической техники (солнечных коллекторов в спутники, например);
• Теллурида кадмия (CdTe): Хотя они составляют чуть более 1% рынка фотоэлектрической солнечной энергии, его использование является очень привлекательным из-за высокого уровня токсичности кадмий.

Спектральная чувствительность

В то время как кристаллический солнечных элементов особенно чувствительны к солнечной радиации длинн развевает, тонкопленочных элементов лучше использовать видимый свет. Аморфного кремния клетки могут эффективно поглощают коротковолновое излучение. В отличие от этого CdTe и СНГ материалы наиболее подходят для средней длины волн.

Фотоэлектрические модули

Солнечная батарея состоит из отдельных клеток, Соединенных последовательно. Этот тип подключения позволяет добавлять напряженности. Номинальное напряжение модуля равна произведению числа клеток, которые составляют напряжение каждой ячейки (около 0,42 до 0.6 вольт). Как правило, производят модулей, состоящий из 30, 32, 33 и 36 клеток в серии. Стремится придать жесткость модуль в его структуре, электрическая изоляция и устойчивость к воздействию климатических факторов. Таким образом ячейки в диапазоне инкапсулированы в пластиковые резины (Etilvinilacelato), который также является роль электрического изолятора, закаленного стекла с содержанием низкой железа в лицо к солнцу и многослойные пластиковые пластинки (полиэстер) на задней поверхности. В некоторых случаях стекло заменяется на пластинки из прозрачной пластмассы. Модуль имеет рамку из алюминия или полиуретана и коробки ссылки, которые являются положительные и отрицательные клеммы серии клеток. Окно терминала подключите кабели, подключение модуля к фотоэлектрические панели.

Фотоэлектрические панели

Фотоэлектрические панели солнечных батарей или Солнечный коллектор п состоит из нескольких модулей, Соединенных параллельно и серии.

Солнечные панели приложения

• Использование панелей/малой мощности низкого напряжения 3-12 небольших аморфного кремния сегментов, с общей площадью в несколько квадратных сантиметров. Выходного напряжения-1,5-6 V с потенцией несколько милливатт. Использование: часы, калькуляторы, GPS, небольших электрических устройств;
• Небольшие панели от 1 до 10 Вт с 3 до 12 v. Использование: Радио, игры, водяные насосы;
• Большие панели от 10 до 60 Вт, с напряжением 6 или 12 v. Utilizaçãoprincipal производится главным образом в крупных водяных насосов, для удовлетворения потребности электроэнергии для караванов (свет и охлаждение) и дома использовать направленные на отдельные устройства (садовые светильники для примера).

Эффективность фотоэлектрических систем

Эффективность Фотоэлектрической системы зависит от:

• Эффективность различных компонентов системы;
• Взаимосвязи и координации между ними;
• Тип зарядов, которые система направлена на кормить.

Доход или убыток

Группа выход зависит от:

• Тип ячейки;
• Солнечной радиации;
• Температура;
• Грязь из панели.

Номинальная стоимость дохода предоставляется изготовителем. Если он не включен непосредственно может быть выведен из пиковой мощности и площади панели. Пиковая мощность-это мощность (MPP), группа может взимать плату в условиях стандартного испытания.

HP группа выход (%)
PP-группа пик мощности (кВт пик)
Группа площадь (м2)

Потери инвертора зависит от величины и характеристики нагрузки, что кормление.
Для оценки общей эффективности системы считаются два компонента:

Источники дохода энергии считает, что система работает с 100% производительности, будучи независимым от нагрузки. Другими словами для данной системы, лучшее исполнение является тот, который соответствует только генераторы дохода не рассматривает любого оборудования, которое дополняет систему, будучи игнорируются потери в Аккумуляторы, Зарядные устройства, инверторы и т.д. Так что будет выход энергии источников энергии:

ПФ является выходная мощность источника питания (кВт/год)
S является солнечной энергии (кВтч/м2/год)

ESS = PR * Es * hp *

ЕСС является питание на нагрузку (кВтч/год)
PR является индекс производительности

Глобальном уровне предполагается, что к 2100 году более чем на 60% энергии, используемой человеком имеет свое происхождение в солнечной энергии .

Источник