Практические работы Козулина 3 семестр / Практическая работа 3
.pdf
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»
Кафедра возобновляемых источников энергии
Отчёт по практической работе №3 Исследование зависимости мощности фотоэлектрического модуля от
освещенной части её площади
Выполнил: Студент группы 4408 Грибинчук Кирилл
Цель работы
Исследовать влияние площади поглощения светового излучения на эффективность работы фотоэлектрического модуля (ФЭМ).
Общие сведения
При эксплуатации солнечной панели часть её может быть закрыта от попадания солнечного света (пылью, песком, листьями, снегом и т.д.). Закрытые элементы не только не производят энергии, но и препятствуют работе остальных (освещённых) элементов. Мощность, выдаваемая панелью, может быть не пропорциональна задействованной части её площади. В данной работе требуется оценить эту зависимость, постепенно закрывая поверхность солнечной панели.
1. Схема эксперимента
circuit3.png
Рис. 1: Схема подключения фотоэлектрической панели
1
2.Методика проведения измерений
1.Подключение фотоэлектрической панели к нагрузке (потенциометру) с вольтметром и амперметром
2.Определение режима максимальной мощности панели при источнике света 20 Вт
3.Последовательное закрытие фотоэлементов непрозрачным предметом (от 1 до 9 элементов)
4.Фиксация тока и напряжения для каждого количества закрытых элементов
5.Повторение измерений для панелей разных типов (монокристаллической и поликристаллической)
3.Результаты измерений и расчёты
3.1. Монокристаллическая панель (источник света 20 Вт, режим Pмакс)
Таблица 1: Результаты измерений для монокристаллической панели
№ опыта |
Закрыто элементов |
Рабочая площадь, % |
I, мА |
U, В |
P, мВт |
P/Pmax, |
1 |
0 |
100 |
13.2 |
10.50 |
138.60 |
100.00 |
2 |
1 |
90 |
6.87 |
4.58 |
31.46 |
22.70 |
3 |
2 |
80 |
1.65 |
1.36 |
2.24 |
1.62 |
4 |
3 |
70 |
0.81 |
0.72 |
0.58 |
0.42 |
5 |
4 |
60 |
0.66 |
0.46 |
0.30 |
0.22 |
6 |
5 |
50 |
0.58 |
0.51 |
0.30 |
0.21 |
7 |
6 |
40 |
0.42 |
0.33 |
0.14 |
0.10 |
8 |
7 |
30 |
0.35 |
0.28 |
0.10 |
0.07 |
9 |
8 |
20 |
0.33 |
0.24 |
0.08 |
0.06 |
10 |
9 |
10 |
0.25 |
0.21 |
0.05 |
0.04 |
3.2. Поликристаллическая панель (источник света 20 Вт, режим Pмакс)
Таблица 2: Результаты измерений для поликристаллической панели
№ опыта |
Закрыто элементов |
Рабочая площадь, % |
I, мА |
U, В |
P, мВт |
P/Pmax, |
1 |
0 |
100 |
14.8 |
10.85 |
160.58 |
100.00 |
2 |
1 |
90 |
7.12 |
5.55 |
39.52 |
24.60 |
3 |
2 |
80 |
4.11 |
3.14 |
12.91 |
8.04 |
4 |
3 |
70 |
2.52 |
1.78 |
4.49 |
2.79 |
5 |
4 |
60 |
1.96 |
1.53 |
3.00 |
1.87 |
6 |
5 |
50 |
1.10 |
0.82 |
0.90 |
0.56 |
7 |
6 |
40 |
0.89 |
0.64 |
0.57 |
0.35 |
8 |
7 |
30 |
0.86 |
0.62 |
0.53 |
0.33 |
9 |
8 |
20 |
0.82 |
0.59 |
0.48 |
0.30 |
10 |
9 |
10 |
0.80 |
0.55 |
0.44 |
0.27 |
2
4. Графики |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Зависимость мощности от рабочей площади (моно панель) |
|
||||||||
|
140 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
120 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мВт |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мощность, |
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
|
|
|
|
|
|
Рабочая площадь, % |
|
|
|
|
||
Рис. 2: Зависимость мощности от рабочей площади для монокристаллической панели |
||||||||||||
|
|
|
Зависимость мощности от рабочей площади (поли панель) |
|
||||||||
|
160 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
140 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мВт |
120 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мощность, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
|
|
|
|
|
|
Рабочая площадь, % |
|
|
|
|
||
Рис. 3: Зависимость мощности от рабочей площади для поликристаллической панели |
||||||||||||
3
Сравнение зависимости мощности от рабочей площади
Мощность, мВт
160 |
|
Моно панель |
|
|
|
|
|
|
|
||
140 |
|
Поли панель |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
120 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
|
|
|
|
|
Рабочая площадь, % |
|
|
|
|
||
Рис. 4: Сравнение зависимости мощности от рабочей площади для разных типов панелей
Относительная мощность в зависимости от закрытой площади
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Моно панель |
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
|
Поли панель |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
% |
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
max |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P/P |
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
00 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
|
|
|
Закрыто элементов |
|
|
|
|
|
Рис. 5: Зависимость относительной мощности от количества закрытых элементов
5. Выводы
По результатам проведённых исследований можно сделать следующие выводы:
1.Сильное влияние частичного затенения:
•Закрытие даже одного элемента приводит к резкому падению мощности
•Для монокристаллической панели: при закрытии 1 элемента мощность падает до 22.7% от максимальной
4
•Для поликристаллической панели: при закрытии 1 элемента мощность падает до 24.6% от максимальной
2.Нелинейная зависимость:
•Зависимость мощности от рабочей площади является нелинейной
•При закрытии более 2-3 элементов мощность падает практически до нуля
•Это связано с последовательным соединением элементов в панели
3.Сравнение типов панелей:
•Поликристаллическая панель показывает большую устойчивость к частичному затенению
•При закрытии 2-4 элементов поли панель сохраняет б´oльшую мощность по сравнению с моно панелью
•Максимальная мощность поли панели (160.58 мВт) выше, чем у моно панели (138.60 мВт)
4.Механизм влияния затенения:
•Закрытые элементы создают высокое сопротивление в цепи
•Это приводит к снижению тока во всей цепи
•Эффект более выражен при последовательном соединении элементов
5.Практические рекомендации:
•Необходимо регулярно очищать поверхность солнечных панелей от загрязнений
•Следует избегать частичного затенения панелей (листьями, снегом, тенью от сооружений)
•При проектировании солнечных установок важно учитывать возможное затенение
•Для повышения устойчивости к затенению можно использовать шунтирующие диоды или параллельное соединение секций
6.Эксплуатационные последствия:
•Частичное затенение может привести к значительным потерям выработки электроэнергии
•В экстремальных случаях затенённые элементы могут перегреваться и выходить из строя
•Регулярный мониторинг и очистка панелей являются важными мероприятиями для поддержания эффективности
5