Оцінка впливу внутрішніх опорів фотоперетворювача на ефективність його роботи

Можна оцінити порядок величин послідовного і шунтуючого опорів, які забезпечують малі втрати енергії фотоперетворювача. Допустиме значення R_п можна отримати, якщо вважати, що фотоелемент працює в режимі максимальної потужності ( I_m, U_m ). Тоді відносна частка втрат потужності на послідовному опорі складе

. (18)

Для типового фотоелемента густина струму короткого замикання дорівнює 400 Ам ^-2, а ЕРС холостого ходу 0,6 В. Таким чином, через елемент площею 1 см ² протікає струм короткого замикання І_кз = 410^-2 А. Для того, щоб втрати потужності не перевищували, наприклад, 3 %

Тобто послідовний опір ділянки фотоелемента з площею в 1 см ² не повинен перевищувати 0,45 Ом.

Аналогічно можна отримати вираз для втрат потужності на шунтуючому опорі:

. (19)

Для тих же умов (_ш = 3%) можна знайти, що:

Тобто шунтуючий опір, притаманний кожному квадратному сантиметру площі фотоелемента, не повинен бути меншим за 500 Ом.

Величина послідовно під’єднаного опору визначається, в основному, питомою електропровідністю напівпровідника, з якого виготовлений фотоелемент. З проведених оцінок видно, що при освітленні прямим сонячним світлом послідовно під’єднаний опір фотоперетворювача не повинен перевищувати декількох десятих часток Ома на кожний квадратний сантиметр його поверхні

Методика проведення досліджень

Методика вимірювання як темнових, так і світлових ВАХ фотоперетворювача описана у лабораторних роботах №1 та №4.

Завдання до лабораторної роботи

Ознайомитися з методикою визначення з експериментально отриманих ВАХ послідовного і шунтуючого опорів фотоперетворювача; провести оцінку впливу внутрішніх опорів фотоперетворювача на ефективність його роботи.

Порядок виконання лабораторної роботи

1. Ознайомитися із вимірювальною схемою установки і перевірити її готовність до роботи.

2. Виміряти пряму і зворотну гілки вольт-амперної характеристики неосвітленого та освітлюваного сонячного елемента. Дані вимірювань оформити у вигляді таблиці.

3. Побудувати графік залежності темнової та світлової ВАХ досліджуваної структури.

4. З ВАХ освітлюваного фотоелемента визначити значення струму короткого замикання І_кз, напруги холостого ходу U_xx, послідовного R_п і шунтуючого R_ш опорів.

З урахуванням експериментально визначених параметрів фотоперетворювача (І_кз, U_xx, R_п, R_ш ) провести оцінку втрат потужності сонячного елемента на послідовному і шунтуючому опорах за формулами

;

відповідно.

Контрольні запитання та завдання

1. Наведіть вольт-амперну характеристику ідеального фотоперетворювача, аналітичний вираз та графічне зображення.

2. Які основні причини наявності послідовного та шунтуючого опорів фотоперетворювача?

3. Наведіть електричну схему фотоперетворювача з послідовним та шунтуючим опорами.

4. На які основні параметри сонячного елемента істотно впливають його послідовний і шунтуючий опори?

5. Поясніть методику експериментального визначення послідовного та шунтуючого опорів сонячного елемента.

6. Як впливають компоненти внутрішнього опору на ефективність роботи фотоперетворювача?

7. Поясніть методику оцінки втрат потужності сонячного елемента на послідовному та шунтуючому опорах.