Embed Size (px)
DESCRIPTION
- PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο ΘεσσαλονίκηςΤμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ
Τομέας Ηλεκτρικής ΕνέργειαςΕργαστήριο Ηλεκτροτεχνικών Υλικών
Διπλωματική Εργασία: Μέτρηση απόδοσης φωτοβολταϊκών στοιχείων εργαστηριακά με τη
χρήση ηλιακού προσομοιώτη
Ρουμπακιάς ΗλίαςΕπιβλέπων Καθηγητής: Λιτσαρδάκης Γεώργιος
θεσσαλονίκη 2009
2/26
Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον κ.Δημήτρη Χριστόφιλο Επίκουρο
Καθηγητή του γενικού τμήματος και τον κ.Μηνά Αλεξιάδη Λέκτορα του τομέα
ηλεκτρικής ενέργειας για τη συνεργασία τους στην παρούσα διπλωματική εργασία.
3/26
- Εισαγωγικά για την απόδοση ΦΒ κυττάρων
- Μετρήσεις και υπολογισμοί Φασματικής απόκρισης ΦΒ κυττάρων
- Βαθμονόμηση Κυττάρου Αναφοράς
- Μέτρηση απόδοσης κυττάρου
- Συμπεράσματα
4/26
Γενικά στοιχεία για τις αποδόσεις των ΦΒ κυττάρων
• Κρυσταλλικού πυριτίου (single-crystal silicon). Σε μορφή κυψελίδας έχουν απόδοση 21-24%, ενώ σε μορφή πλαισίων έχουν 13-16%.
• Πολυκρυσταλικού πυριτίου (multicrystaline silicon mc-Si). Σε μορφή κυψελίδας έχει απόδοση 17-20%, ενώ σε μορφή φωτοβολταϊκού πλαισίου10-40%.
• Στοιχεία άμορφου πυριτίου (amorphous ή thin film silicon). Πρόκειται για πολύ χαμηλού κόστους παραγωγής εξαιτίας της μικρής χρησιμοποιούμενης μάζας υλικού και έχουν απόδοση 6-8%.
• Οργανικά φωτοβολταϊκά
5/26
η= V max · I max / A· E ref
Ο συντελεστής απόδοσης η εξαρτάται από:- Θερμοκρασία- Πυκνότητα ενέργειας της ακτινοβολίας- Φασματική κατανομή της πυκνότητας ενέργειας
της ακτινοβολίας
Η μέτρηση της απόδοσης μπορεί να γίνει είτε εξωτερικά είτε εργαστηριακά
Απόδοση ΦΒ κυττάρου
6/26
- Θερμοκρασία 25ºC- Πυκνότητα ενέργειας
ακτινοβολίας 1000 Wm-2
- Φασματική κατανομή πηγής AM1.5 global (ASTM G173)
Πρότυπες συνθήκες μέτρησης(Standard Reporting Conditions)
7/26
Διαδικασία μέτρησης σύμφωνα με τα πρότυπα της ASTM
8/26
Φασματική απόκριση κυττάρου(spectral response)
R = I / a E- Μονάδα: A / W- Υπολογίζεται σε 12 μήκη κύματος
Απαιτείται:
- Μονοχρωματική πηγή φωτός ( μονοχρωματικά laser)- Ανιχνευτή φάσματος για το καθορισμό της ισχύος
(power meter)- Μια δεύτερη πηγή φωτός (λάμπα πυρακτώσεως)- Αμπερόμετρο για μέτρηση ρεύματος (ψηφιακό
πολύμετρο)
9/26
Φασματική απόκριση κυττάρου(spectral response)
10/26
Φασματική απόκριση κυττάρου(spectral response)
400 450 500 550 600 6500
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
wavelength(nm)
spectr
al re
sponse(A
/W)
λ(nm) Ra(A/W)
1 457,9 0,281
2 476,5 0,352
3 488 0,356
4 496,5 0,486
5 514,5 0,654
6 632,8 0,187
11/26
Θερμοκρασιακός συντελεστής κυττάρου αναφοράς
- Μέτρηση ρεύματος βραχυκύκλωσης σε διάφορες θερμοκρασίες γύρω από τους 35ºC και σε ένα εύρος τιμών ±25ºC, ενώ παράλληλα η συνολική πυκνότητα ενέργειας της ακτινοβολίας θα πρέπει να είναι :
750 Wm-2 < Εt <1100 Wm-2
y = 0,0001x +0,0422
- Η τιμή του πολυωνύμου στους 25 ºC
με αντικατάσταση προκύπτει 0,0447
άρα ο θερμοκρασιακός συντελεστής
α = 0,0001 / 0,0447 = 0,00223
T(ºC) ISC(A)
1 21 0,045
2 27 0,045
3 36 0,046
4 38 0,047
5 39,1 0,047
6 40 0,048
7 39 0,046
8 38 0,046
12/26
Έλεγχος γραμμικότητας μεταξύ ρεύματος βραχυκύκλωσης και πυκνότητας ενέργειας της
ακτινοβολίας του κυττάρου αναφοράς
- 750 Wm-2 < Εt <1100 Wm-2
- Χωρίζεται σε 4 ίσα διαστήματα- Για κάθε άκρο των διαστημάτων μέτραμε το
αντίστοιχο ρεύμα
1
2
1
n
i iin
ii
X Ym
X
2
2 1
2
1
( )
( 1)
n
i ii
n
ii
Y mXS
n X
0,02
S
m
13/26
Βαθμονόμηση κυττάρου αναφοράς
Μέτρηση:- Πυκνότητα ενέργειας της ακτινοβολίας- Ρεύμα βραχυκύκλωσης- Θερμοκρασία- Ηλιακό φάσμαΑπαιτείται:- Φασματοραδιόμετρο (μη βαθμονομημένη φωτοδίοδος)- Πυρηλιόμετρο - Θερμοζεύγη - Αμπερόμετρο - Συσκευή παραλληλοποιήσης δέσμης φωτός- Βάση στήριξης περιστρεφόμενη ώστε να ακολούθει την
τροχιά του ηλίου
14/26
Βαθμονόμηση κυττάρου αναφοράς
15/26
Βαθμονόμηση κυττάρου αναφοράς
16/26
Βαθμονόμηση κυττάρου αναφοράς2 2
1 1
2 2
1 1
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
t o
o t
E R d E d
F
E d E R d
1 1
1 (25 )SC
it
IC
E F a T
2
2
2
( ) 0,0005 0,2423 36,9651
( ) 0,0038 0,954 93,4207
( ) 3 583 50161
O
R
E
E
A/A ΗΜΕΡΟ-ΜΗΝΙΑ
Εt1
(Wm-2)
ISC
(Α)
Τ(ºC)
F α(Cº -1)
C(Am2W-1)
1 23/3/2009 852,9 0,53 23,3 1,143 0,002443 5,46∙10-4
2 7/4/2009 870 0,54 22,4 1,143 0,002443 5,463∙10-4
3 7/4/2009 959,5 0,55 22,4 1,143 0,002443 5,045∙10-4
4 7/4/2009 990,25 0,57 26 1,143 0,002443 5,048∙10-4
5 8/4/2009 878,5 0,51 25,8 1,143 - 5,08∙10-4
6 8/4/2009 869,25 0,47 24 1,143 - 4,73∙10-4
C = 5,14∙10-4 Am2W-1
17/26
Μέτρηση απόδοσης - Εξοπλισμός
Μέτρηση:- Φάσματος ηλιακού προσομοιωτή - Ρεύματος , τάσης, θερμοκρασίας υπο εξέταση κυττάρου- Ρεύματος βραχυκύκλωσης και θερμοκρασία κυττάρου αναφοράςΑπαιτείται:- Ηλιακός προσομοιωτής ΑΜ1.5 (λάμπα πυρακτώσεως 100 W)- Κύτταρο αναφοράς (Μ=1)- Φασματοραδιόμετρο (μη βαθμονομημένη φωτοδίοδο)- Αμπερόμετρα, βολτόμετρα - Μεταβλητή αντίσταση (100 Ω)- Θερμοζεύγη
18/26
Μέτρηση απόδοσης - Συνδεσμολογία
19/26
Μέτρηση απόδοσης - Εξοπλισμός
20/26
Αν η πυκνότητα ενέργειας της ακτινοβολίας είναι έξω από
τα όρια 980 Wm-2 < Εt <1020 Wm-2
απαιτείται διόρθωση και των τιμών της τάσης
Μέτρηση απόδοσης-Διόρθωση τιμών
00
0[1 ( )]r r r
IE CI
MI a T T
0 0( )SV V R I I
21/26
Χαρακτηριστική I-V
Ιο Vo P
1 0,0042 0,421 0,0018
2 0,0134 0,411 0,0055
3 0,0533 0,400 0,0213
4 0,189 0,373 0,0705
5 0,245 0,350 0,0858
6 0,392 0,290 0,114
7 0,402 0,287 0,115
8 0,44 0,257 0,113
9 0,48 0,174 0,0835
10 0,49 0,125 0,0613
22/26
Μέτρηση απόδοσης - Μεγιστή ισχύς
Καθορισμός ζευγους I,V με την μέγιστη ισχύ0,402A 0,287 V 0,115W
0,75 Ιm < I0 <1,15 Im
0,75 Vm < V0 < 1,15 Vm
0,302 Α < Iο < 0,513 A0,215 V < Vο < 0,330 V
Pm=0,117 W, Α=0,0025m2, Eo=1000 Wm-2
n= 100% × = 4,68%
0,117
0,0025 1000
2( ) 12,1212 6,6606 0,7982
'( ) 24,2424 6,6606
P Vo Vo Vo
P Vo Vo
'( ) 0 0,275
(0,275) 0,117
P Vo Vo V
P W
V(V)
P(W)
0,117
0,0025 1000
23/26
Φάσμα λάμπας και ηλιακού προσομοιωτή
24/26
Συντελεστής απόδοσης
Α/Α η (%) Ε(Wm-2)
1 2,34 331
2 3,48 564
3 3,72 739
4 4,68 778
5 4,2 817
6 4,48 856
7 4,68 1012
8 5,52 1167
300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 12001
2
3
4
5
6
7
8
irradiance (W/m2)
eff
icie
ncy n
(%
)
25/26
Συμπεράσματα
26/26
Συμπεράσματα
Η μέτρηση της απόδοσης θα πρέπει να γίνεται υπο την επίδραση ακτινοβολίας που θα πληροί την προϋπόθεση 750 Wm-2 < Εt <1100 Wm-2
