Способ определения коэффициента полезного действия солнечных элементов

Способ определения коэффициента полезного действия солнечных элементов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области производства солнечных элементов (СЭ) и измерений их параметров, в частности к области измерений КПД СЭ, работающих при высокой степени концентрирования излучения в условиях принудительного охлаждения. Цельюизобретения является повышение точности измерения КПД СЭ при концентрированном излучении в условиях принудительного охлаждения. Поставленная цель достигается тем, что для определения мощности поглощаемого СЭ излучения измеряется стационарное превьпление температуры освещаемого СЭ в режиме холостого хода ипи короткого замыкания над его температурой до освещения , затем в отсутствие освещения через СЭ пропускают электрический ток в прямом направлении от внешнего источника, обеспечивающий такое же i стационарное превьщгение температуры (Л СЭ, как и излучение, и определяют мощность, рассеиваемую СЭ, которая С равна мощности поглощаемого излучения . Устройство для реализации способа содержит концентратор 1 излучения , диафрагму 2, СЭ 3, вольтметр 4, амперметр 5, реостат 6, источник 7 тока, дифференциальную термопару 8, потенциометр 9, цилиндрическую опору 10, вал 11, подшипник 12 опоры , редуктор 13 и основание 14. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111

А1 (Ю 4 Н 01 1 31/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3811623/24-21 ,(22) 31.08.84 (46) 30.11.86. Бюл. Ф 44 (71) Ордена Трудового Красного Знамени завод чистых металлов им. 50летия СССР (72) А.М. Демченко и А.Е. Романовский (53) 621.383 (088.8) (56) J.Ì. Moouall, Н.J. Hovel. Highefficiency 66, „Al„ As-GaAs solar

cells-Appl. Phys. Lett 1972, ч.21, !(-.8, р. 379-381.

Говор И.Н., Шарихин В.Ф. Об измерении энергетической эффективности фотоэлемента. В кн.: ll-я республиканская конференция по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках. (Тезисы докладов, Одесса.) Киев, Наукова думка, 1982, с. 88-89. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (57) Изобретение относится к области производства солнечных элементов (СЭ) и измерений их параметров, в частности к области измерений КПД СЭ, рабо тающих при высокой степени концентрирования излучения в условиях принудительного охлаждения. Целью изобретения является повышение точности измерения КПД СЭ при концентрированном излучении в условиях принудительного охлаждения. Поставленная цель достигается тем, что для определения мощности поглощаемого СЭ излучения измеряется стационарное превышение температуры освещаемого СЭ в режиме холостого хода или короткого замыкания над его температурой до освещения, затем в отсутствие освещения через СЭ пропускают электрический ток в прямом направлении от внешнего источника, обеспечивающий такое же д

«Ю стационарное превышение температуры

СЭ, как и излучение, и определяют мощность, рассеиваемую СЭ, которая равна мощности поглощаемого нвлуче- С» ния. Устройство для реализации способа содержит концентратор 1 излучения, диафрагму 2, СЭ 3, вольтметр

4, амперметр 5, реостат 6, источник

7 тока, дифференциальную термопару

8, потенциометр 9, цилиндрическую Ь опору 10» вал 11, подшипник 12 опо- („ ры, редуктор 13 и основание 14. 1 ил. () 1274032

35

Изобретение относится к производству солнечных элементов (СЭ) и измерений их параметров, в частности к измерению КПД солнечных элементов, работающих при концентрированном излучении в условиях принудительного охлаждения.

l .Цель изобретения — повьппение точности измерений КПД солнечного элеч .мента (СЭ) при концентрированном излучении в условиях принудительного охлаждения за счет исключения погрешности, обусловленной точностью градуировки термопары.

Достижение поставленной цели осуществляется тем, что для определения мощности излучения, поглощаемого СЭ, измеряется стационарное превьппение температуры освещаемого СЭ в режиме холостого хода или короткого замыкания над его температурой до освещения, в отсутствие освещения через

СЭ пропускают электрический ток в прямом направлении от внешнего источника, обеспечивающий установление такого же стационарного превышения температуры СЭ как и при освещении, и определяют мощность, рассеиваемую

СЭ которая равна мощности поглощаемого излучения.

Превышение температуры СЭ в режиме холостого хода или короткого замыкания при освещении пропорционально мощности поглощаемого излучения.

При нагреве СЭ от внешнего источника превьппение температуры СЭ также пропорционально мощности, выделяемой на СЭ. При одинаковых значениях станционарного превышения- температуры

СЭ мощность поглощаемого СЭ излучения и выделяемой на СЭ электрической мощности при его нагреве от внешнего источника тождественно равны. Поэтому КПД СЭ определяется отношением отдаваемой им мощности при оптимальной нагрузке к мощности, выделяемой на СЭ от внешнего источника при указанных условиях.

На чертеже представлена блок-схема устройства измерения КПД, реализующего способ.

Устройство содержит концентратор 1 излучения — параболическое зеркало, диафрагму 2, солнечный элемент

3, вольтметр 4, амперметр 5, реостат

6, источник 7 тока, дифференциальную термопару 8 медь-константан, потенциометр 9, цилиндрическую опору

10, вал 11, подшипник 12 опоры, редуктор 13, основание 14.

Солнечное излучение фокусируется параболическим зеркалом 1 с прожекторнои установки на поверхность солнечного элемента 3. Диафрагма 2 установлена для уменьшения аберраций.

Солнечный элемент 3 охлаждается.проточной водой. Напряжение на солнечном элементе 3 измеряется вольтметром 4.

Ток, подаваемый в нагрузку (реостат 6) солнечным элементом 3, а ( также ток, проходящий через солнечный элемент 3, при его разогреве от внешнего источника 7 тока измеряется амперметром. При измерении нагрузочных характеристик амперметр 5 подключают к клемме реостата (клемма а ), при нагреве солнечного элемента током от внешнего источника 7 тока полярность подключения амперметра изменяют и подключают его к клемме 5!

Превышение температуры солнечного элемента над температурой охлаждающей жидкости контролируют дифференциальной термопарой 8 медь-константан. Один спай термопары (холодный) закрепляют у входного штуцера радиатора. Сгай обматывают алюминиевой фольгой, а сверху тонкой лавсановой пленкой и плотно прижимают к штуцеру радиатора, что обеспечивает надежный тепловой контакт и отсутствие электрического контакта. Второй спай припаивают индием к токоведущей контактной шине на освещаемой поверхности солнечного элемента 3, на расстоянии от центра около 2/3 радиуса. солнечного элемента. Для уменьшения нагрева проводов термопары солнечным излучением они изолированы лавсановой пленкой и сверху обмотаны алюминиевой фольгой. Термопара выполнена таким образом, что сигнал с нее на потенциометр 9 поступает по медным проводам, образующим спаи в дифференциальной термопаре.

Зеркало 1 и диафрагма 2 закреплена на цилиндрической опоре 10, конструкция которой позволяет осуществить качание в вертикальной плоскости в угле около 60 . Опора 10 закреплена на валу !1, поддерживаемом посередине его длины опорой с подшипником 12, а снизу закрепленном на валу редуктора 13. Такая кон1274

Вычисляют КПД СЭ по отношению к поглощаемому излучению по формуле

Р, КПД = — -. 10X

Формула изобретения

Составитель Е. Плужникова

Техред И.Верес

Редактор А. Долинич

Корректор Л. Патай

Заказ 6484/52 Тираж 643

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 струкция позволяет осуществлять поворот зеркала 1 в горизонтальной о плоскости на угол 360 . Зеркало 1 с опорами !О, валом 11, подшипником

12 и редуктором 13 размещено на массивном основании 14. Для слежения за солнцем в процессе измерений осуществляют плавное перемещение зерка— ла путем вращения вала ведущей шестерни редуктора. 1О

Измерение КПД солнечных элементов проводится следующим образом. Излучение фокусируется на фоточувствительную поверхность солнечного элемента (СЭ) 3. Перемещая СЭ вдоль 15 оптической оси, добиваются заполнения светом всей фоточувствительной площадки СЭ. Измеряют нагрузрчные характеристики солнечного элемента, для чего амперметр 5 подключается 20 к клемме реостата 6 (клемма a ). Изменяя сопротивление реостата 6, определяют значения тока и напряжения при различных положениях движка реостата, определяют ток короткого замыкания, выводя реостат на нулевое сопротивление, и напряжение холостого хода, отключая амперметр 5 от реостата 6.

В режиме холостого хода или корот-gO кого замыкания определяют стационарное превышение температуры СЭ над температурой охлаждающей жидкости при освещении СЭ, для чего измеряют установившееся значение ЭДС термопары (E ).

Поворотом зеркала добиваются, чтобы излучение .не.попадало на поверхность СЭ. Подключают амперметр

5 к клемме источника 7 тока, предва- 4о рительно изменяя полярность на зажимах амперметра 5, и реостатом 6 устанавливают величину тока 7, через солнечный элемент примерно в 5: 10 раз больше тока короткого замыкания 4 . и ожидают установления стационарной температуры, измеряя ЭДС термопары.

Если ЭДС термопары вьппе Е, — умень032 4 шают ток в цепи, если ЭДС термопары ниже Е, — увеличивают ток в цепи.

Изменяя несколько раз ток, добиваются чтобы ЭДС термопары при нагреве

СЭ от внешнего источника Е была равна ЭДС термопары при освещении СЭ Е

Измеряют значения тока I и напряжения 7 на СЭ, соответствующие условию Е = Е о т

По результатам измерений нагрузочной характеристики строят нагрузочную характеристику и определяют максимальную мощность Р,, отдаваемую

СЭ при освещении. Вычисляют мощность, рассеиваемую СЭ при нагревании его от внешнего источника тока Р

Способ определения коэффициента полезного действия солнечных элемен— тов, заключающийся в измерении полезной мощности, отдаваемой солнечным элементом при оптимальной нагрузке и измерении превышения температуры освещаемого солнечного элемента в режиме холостого хода или короткого замыкания над его температурой до освещения, о т л и ч а ю-. шийся тем, что, с целью повышения точности, в отсутствие освещения через солнечный элемент пропускают ток в прямом направлении от внешнего источника, обеспечивающий такое же превьппение температуры солнечного элемента как и освещение, измеряют мощность, рассеиваемую солнечным элементом, и определяют коэффициЕнт полезного действия как отношение полезной мощности, отдаваемой солнечным элементом при оптимальной нагрузке, к величине измеренной мощности, рассеиваемой солнечным элементом.