Читальный зал -->  Солнечные элементы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 [ 39 ] 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91

3.1. ИДЕАЛЬНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ПРИ НАЛИЧИИ ОСВЕЩЕНИЯ

Здесь будет выведено соотношение для КПД идеального элемента при условии, что вьшолняется принцип суперпозиции. Эта модель применима при следующих условиях.

1. В диапазоне облученностей, не превосходящих значение Pg, при которых предполагается использовать элементы, зависимость /о от V и угол наклона графика Ig / от V не меняются при вариациях Pg и длины волны света, вследствие чего кривые зависимости Ig Jsc от Кос и темновой зависимости Ig / от F совпадают.

2. Ji не является функцией напряжения смещения.

3. Rs О и Rp °°, т. е. потери мощности на сопротивлениях отсутствуют.

Для определения плотности полного фототока интегрируют произведение г)д(К) (илит}е(£)) и спектральной плотности потока фотонов солнечного излучения dV/dX (или dVldE):

h =<7Тт?е W idTld\)d\ = qlnQ{E){dTldE)dE. (3.4)

Отметим, что коэффициент собирания носителей заряда также может быть функцией облученности. Распределение спектральной плотности потока фотонов по энергиям в условиях AM 1,5 приведено на рис. 3.2. Представленные на рис. 3.3 и 3.4 интегральные значения плотности потока фотонов полезны для выполнения оценочных расчетов. Если предположить, что r\Q = 1, то

Jl (if (d/dE)dE -Лс Е

Удельная мощность, вырабатываемая солнечным элементом, / = /(10 (см. рис. 3.1). Для определения ее максимального значения Рт (wmff, что эквивалентно), хотя оно и не может быть найдено точно, оптимизируют зависимость J(V)V. Методом итераций Рщ мояшо определить с любой необходимой степенью точности; эта процедура рассмотрена ниже.

Поскольку площадь активной светопоглощающей поверхности Ji солнечного элемента, как правило, меньше общей площади tjj диода, используемые в дальнейшем параметры удобно представить в виде функций токов

Il=JlA- /о=/од. (3.5)

В точке вольт-амперной характеристики, соответствующей максимальной мощности Рт = Ущт, производная dP/dV = 0. Введем параметр (3, равный согласно определению

P=(rl+Im)/Il, (3.6)

Усовершенствованная методика расчета [Mitchell е. а , 1976] позволяет определять Рт с учетом R, Rp и наличия зависимости коэффициента собирания носителей заряда от напряжения смещения.

Рис. 3.2. Зависимость спектральной плот-0 ности потока фотонов dV/dE в условиях AM 1,5 от энергии. Штриховая линия -результат приближения данной зависимости полиномом (см. рис. 3.3)

где = + /о JI- Он представляет собой отношение тока, проходящего через диод в темноте при прямом напряжении смещения Vm, К Ij. Условно считают, что /jr > О, а < 0. № уравнения dPfdV=0, получаемого с использованием (3.1), следует, что

о 0,5 1,0 1,5 2,0 г,5 3,0 3,5 £,зВ Р = (1о/ф expiqVmKAкТ)) = [(qVmKAkT)) + 1] >.

(3.7)

Уравнение (3.7) можно преобразовать для того, чтобы исключить qVm{AkT). После этого

/3= [И-1п(/3/1 о)]-.

(3.8)

0,51,0 г,о 3,0 £,эв

0,4 0,8 1,г i,s г,о г,4 г,е е,эв

Рис. 3.3. Распределение плотности потока Лотонов Г в условиях AMI,5 (Pj = =83,2 мВт/см) по энергиям Е, где Е = he/К - нижний предел интегрирования,

Г(Я) = J (dr/d£) с/я. При £> 0,9 эВ кривая может быть аппроксимирована полиномом Г (£0=/1(5-Я) , где Л =2,9910*см-с-эВ fi = 3,485 эВит=2,35

Рис. 3.4. Распределение по энергиям Е плотности тока /, определяемой произведением заряда электрона q и интегральной плотности потока фотонов (Е - нижний предел интегрирования), при различных значениях атмосферной массы 124

Лишь с помощью нескольких итеравд1Й можно найти /3 с точностью до четвертой значащей цифры. Дня высококачественных элементов значения Р будут меняться в диапазоне от 0,04 до 0,10. Максимальная мощность, выраженная непосредственно через /3, имеет вид

Рт = -li(AkT/q)(l - P)\n(0l[/Io) = -liiAkT/q)il - /3)/3, (3.9)

а коэффициент заполнения вольт-амперной характеристики, получаемый в результате деления Р на IgcVoc (поскольку -Igc -Ii Il при? = 0), равен

= PmliVochc) = (1 - /3)ln(/3 /o)/ln(/; o). (3.10)

Из этого соотношения следует, что в идеальном солнечном элементе, где отсутствуют потери мощности на сопротивлении, коэффициент заполнения не является функцией диодного коэффициента Л*, который можно рассматривать в этом случае как параметр, изменяющий масштаб шкалы напряжений. Помимо этого, Р. и, следовательно, i? прямо пропорциональны А.

Значения i? такого идеального диода приведены на рис. 3.5. В более общем виде взаимосвязь между фотоэлектрическими параметрами показана на рис. 3.6, где принимается во внимание также и коэффициент концентрации солнечного излучения.

Из анализа приведенных зависимостей можно заключить, что наиболее эффективный способ повышения i? - это увеличение А или уменьшение Jq. Однако/о возрастает почти экспоненциально при повышении А. Кривые постоянных значений щ, рассчитанные с помощью (3.9), иллюстрируют эту взаимосвязь, а также показывают, что получение предельно высоких значений щ представляет собой более сложную задачу, требующую не только простого снижения Jq или увеличения А.

Анализ фотоэлектрических свойств элементов не будет полным, если не высказать по меньшей мере общих соображений относительно их предельного теоретического КПД. Соотношение между теоретическим КПД солнечных элементов с гомопереходом и шириной запрещенной зоны полупроводника установлено несколькими исследователями, например, [Prince, 1955; Loferski, 1956; Wolf, 1960], рассматривавшими материалы, обладавшие до некоторой степени идеальными свойствами, и идеализированные модели переходов. Несмотря на то что предсказываемые значения i?j в определенной мере зависят от параметров, выбранных в качестве

* Под влиянием последовательного и шунтирующего сопротивлений наблюдается слабая зависимость А от ff, которая изучена теоретически при ненулевых значениях [Pulfrey, 1978].

Для случая = О получено [Ghosh е. а., 1980] также и другое выражение для определения ff:

\n[\n(JsclIo)] ln(/sc o)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 [ 39 ] 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.