alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2019.22-27.012-020alternative-1784Research ArticleI. ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА 1. Солнечная энергетикаI. RENEWABLE ENERGY 1. Solar EnergyЛабораторные измерения по определению температурных коэффициентов фотоэлектрических модулей на новой установкеLaboratory Measurements for Determining the Temperature Coefficients of Photovoltaic Modules Using New InstallationКомиловА. Г.KomilovA. G.

Комилов Аслиддин Гулямович - кандидат технических наук, заместитель директора по науке.

д. 2б, ул. Чингиза Айтматова Ташкент, 100084.

тел.: (+998) 71 235-42-42; факс: (+998) 71 233-12-71.

Research ID: http://www.researcherid.com/rid/L-8132-2017

h-index 2

Asliddin Komilov - Ph.D. in Engineering, Deputy Director for Science, Physical-Technical Institute of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan.

2b Chingiz Aytmatov Str., Tashkent, 100084.

tel.: (+998) 71 235 42 42; fax: (+998) 71 233 12 71.

Research ID: http://www.researcherid.com/rid/L-8132-2017

h-index 2

asliddin@rambler.ruФизико-технический институт НПО «Физика-Солнце» АН РУзУзбекистанPhysical-Technical Institute, Scientific-Research Association “Physics-Sun” of the Academy of Sciences of the Republic of UzbekistanUzbekistan201908112019022-271220Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20192019Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1784

Основным параметром обеспечения оптимальной работы фотоэлектрической системы является определение положения этой системы в соответствии с доступной плотностью солнечного излучения на данной местности. Для прогноза производительности важно знать температуру окружающей среды, так как на выходные параметры системы влияет температура солнечных элементов, что выражается в температурных коэффициентах. Таким образом, варьируя температуру элементов с помощью конструктивных решений, таких как теплоотвод или фототеплопреобразовательная система, можно оптимизировать работу фотоэлектрической системы в целом. В статье продемонстрирована работа установки собственной разработки для измерения параметров солнечных элементов. Представлены результаты измерений по определению температурных коэффициентов тонкопленочных элементов. Для сравнения сделаны измерения выходных параметров монокристаллических и тонкопленочных фотоэлектрических модулей (ФЭМ) на основе аморфного кремния CdTe и CIGS при различных значениях температуры - от 20 °С до 80 °C.

Рассчитано изменение мощности ФЭМ при различных рабочих температурах по сравнению со стандартными условиями тестирования (STC). Измеренные таким образом параметры были нормированы к STC. Представлены температурные зависимости нормализованных значений максимальной выходной мощности, коэффициента заполнения, силы тока короткого замыкания и напряжения холостого хода. С повышением температуры во всех модулях наблюдалось уменьшение напряжения холостого хода. Наиболее резкое снижение коэффициента заполнения с повышением температуры зафиксировано в монокристаллическом модуле, которое в совокупности со снижением напряжения холостого хода показало самое большое снижение выходной мощности - 15,9 %, 20,4 % и 25,1 % при 60 °C, 70 °C и 80 °C соответственно. Доказано, что все ФЭМ на основе тонкопленочных технологий имеют меньшие значения температурного коэффициента выходной мощности по сравнению с монокристаллическими модулями, наименьшее из них у CdTe.

Определены задачи дальнейшего технического и программного усовершенствования разработанной установки для обеспечения динамического изменения интенсивности освещения, температуры и скорости ветра по задаваемой программе.

The main parameter to ensure the optimal operation of the photovoltaic system is to determine its position of this system in accordance with the available solar radiation in the location. Nevertheless, in order to predict the performance of a photovoltaic system, it is important to know the ambient temperature, since the temperature of solar cells affects the output parameters of the system, which is expressed in temperature coefficients. Thus, it is possible to optimize the operation of the photovoltaic system by varying the temperature of the elements using design solutions such as a heat sink or photothermal conversion system.

The article demonstrates the operation of own development installation for measuring the parameters of solar cells. The results of measurements to determine the temperature coefficients of thin-film elements using this installation are presented. For comparison, we have measured the output parameters of a monocrystalline modules and thin-film photovoltaic modules (PM) based on amorphous silicon, CdTe, and CIGS at various temperatures from 20 to 80 °C.

The changes in the output power of PMs at various operating temperatures are calculated in comparison with the values under standard testing conditions (STC). The parameters measured at various temperatures are normalized to STC. The temperature dependences of the normalized values of the maximum output power, fill factor, short circuit current, and open circuit voltage are presented. Decrease in the open circuit voltage is observed with an increase in temperature in all modules. The sharpest decrease in the fill factor with increasing temperature is observed in the monocrystalline module, in combination with a decrease in open-circuit voltage, it showed the biggest decrease in output power, 15.9%, 20.4% and 25.1% at temperatures of 60 °C, 70 °C and 80 °C, respectively. It is proved that all PMs based on thin-film technologies have smaller values of the temperature coefficient of the output power in comparison with a monocrystalline modules, the smallest of which is for CdTe.

The further tasks are set to develop hardware and software for improvement of the installation to provide the dynamic changes in the intensity of illumination, temperature and wind speed defined by a program.

тонкопленочные элементысолнечные элементыфотоэлектрический модульВАХтемпературный коэффициенткристаллический кремнийаморфный кремнийтеллурид кадмияCdTeCIGSthin-film cellssolar cellsphotovoltaic modulesCVCtemperature coefficientcrystalline siliconamorphous siliconcadmium tellurideCdTeCIGSReferencesSample, T. Modification to the Standard Reference Environment (SRE) for Nominal Operating Cell Temperature (NOCT) to Account for Building Integration / T. Sample, A. Virtuani // Proc. of the 24th Eu-PVSEC, Hamburg, 2009. - P. 3332.Sample T., Virtuani A. Modification to the Standard Reference Environment (SRE) for Nominal Operating Cell Temperature (NOCT) to Account for Building Integration. Proc. of the 24th Eu-PVSEC, Hamburg 2009; p. 3332.Caon, A. Multi-Junction GaAs photovoltaic assembly technology for very severe LEO environment missions / A. Caon [et al.] // Proc. of the 18th Space Photovoltaic Research and Technology Conference, NASA/CP-2005-213431. - P. 9-17.Caon A., Signorini C., Bals A., Dettlaff K. MultiJunction GaAs photovoltaic assembly technology for very severe LEO environment missions. Proc. of the 18th Space Photovoltaic Research and Technology Conference, NASA/CP, 2005;213431:9-17.Evdokimov, V.M. A Study of Limiting Energy and Temperature Characteristics of Photovoltaic Solar Radiation Converters / V.M. Evdokimov, V.A. Maiorov // Applied Solar Energy. - 2017. - Vol. 53. - No. 1. - P. 1-9.Evdokimov V.M., Maiorov V.A. A Study of Limiting Energy and Temperature Characteristics of Photovoltaic Solar Radiation Converters. Applied Solar Energy, 2017;53(1): 1-9.Gulyamov, G. Thermal Stimulation of Photocurrent in p-n Junctions / G. Gulyamov, A. Gulyamov, U. Erkaboev // Applied Solar Energy. - 2018. - Vol. 54. - Iss. 5. - P. 338-340.Gulyamov G., Gulyamov A., Erkaboev U. Thermal Stimulation of Photocurrent in p-n Junctions. Applied Solar Energy, 2018;54(5):338-340.Matchanov, N.A. Experimental studies of the monocrystal and polycrystal characteristics of silicon photovoltaic modules under environmental conditions of Tashkent / N.A. Matchanov [et al.] // Applied Solar Energy. - 2017. - Vol. 53. - Iss. 1. - P. 23-30.Matchanov N.A., Mirzabaev A.M., Umarov B.R. et al. Experimental studies of the monocrystal and polycrystal characteristics of silicon photovoltaic modules under environmental conditions of Tashkent. Applied Solar Energy, 2017;53(1):23-30.Komilov, A.G. Evaluation of solar element and collector system efficiency under hot climate conditions / A.G. Komilov, R.A. Muminov, M.N. Tursunov // Applied Solar Energy. - 2008. - Vol. 44. - Iss. 2. - P. 90-92.Komilov A.G., Muminov R.A., Tursunov M.N. Evaluation of solar element and collector system efficiency under hot climate conditions. Applied Solar Energy, 2008;44(2):90-92.Komilov, A. Improving the design of a photoconverter with a heat sink using mathematical simulation / A. Komilov // Applied Solar Energy. - 2011. - Vol. 47. Iss. 3. - P. 229-233.Shockley W. The theory of p-n junctions in semi-conductors and p-n junction transistors. Bell Syst. Tech., 1948;435-489.Komilov, A. Calculation of the limits of physical dimensions of PV with heat removal / A. Komilov // Applied Solar Energy. - 2013. - Vol. 49. - Iss. 1. - P. 19-21.Dubey S., Sarvaiya J.N., Seshadri Bh. Tempera¬ture dependent photovoltaic (PV) efficiency and its effect on PV production in the world - a review. Energy Procedia, 2013;33:311-321.Komilov A. Study of the possibility of use of a- Si:H solar elements in photovoltaic thermal converters / A. Komilov // Applied Solar Energy. - 2015. - Vol. 51.- Iss. 2. - P. 140-143.Kiseleva S.V., Kolomiets Yu.G., Popel' O.S., Tarasenko A.B. Assessment of the effectiveness of photo- voltaic stations in the climatic conditions of Kyrgyzstan (Otsenka effektivnosti fotoelektricheskih stantsii v klimaticheskih usloviyah Kyrgyzstana). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2015;(1):14-25 (in Russ.)Tripanagnostopoulos, Y. Hybrid photovol- taic/thermal solar systems / Y. Tripanagnostopoulos [et al.] // Solar Energy. - 2002. - Vol. 72. - No. 3. - P. 217-234.Emery K., Burdick J., Caiyem Y. et al. Temperature dependence of photovoltaic cells, modules and systems. 25th IEEE photovoltaic specialists conference, IEEE, 1996; pp. 1275-1278.Singh, P. Temperature dependence of solar cell performance—an analysis / P. Singh, N.M. Ravindra // Solar Energy Materials & Solar Cells. - 2012. - Vol. 101. - P. 36-45.Griffith J.S., Rathod N.S., Paslaski J. Some tests of flat plate photovoltaic module cell temperatures in simulated field conditions. Proc. 15th IEEE Photovoltaic Specialists Conf., Kissimmee, FL, 1981; pp. 822-830.Башкиров, С.А. Тонкие пленки Cu2ZnSn(S,Se)4 для использования в солнечных эле-ментах третьего поколения / С.А. Башкиров [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). - 2016. - № 15-18. - С. 31-53.Tursunov M.N., Dyskin V.G., Turdiev B.M., Yuldashev I.A. The Influence of Convective Heat Exchange on the Temperature of a Solarvoltaic Array. Applied Solar Energy, 2014;50(4):236-237.Komilov A. Questions of Simplifying the Me-thods of Testing Photoconverters Based on Cu(In,Ga)Se. Part 1: A Basis for Mathematical Modeling of the Cur-rent-Voltage Characteristics / A. Komilov // Applied Solar Energy. - 2018. - Vol. 54. - No. 1. - P. 1-3.Komilov A. Improving the design of a photoconverter with a heat sink using mathematical simulation. Applied Solar Energy, 2011;47(3):229-233.Shockley, W. The theory of p-n junctions in semiconductors and p-n junction transistors / W. Shockley // Bell Syst. Tech. - 1948. - J 435-489.Komilov A. Calculation of the limits of physical dimensions of PV with heat removal. Applied Solar Energy, 2013;49(1): 19-21Dubey, S. Temperature dependent photovoltaic (PV) efficiency and its effect on PV production in the world - a review / S. Dubey, J.N. Sarvaiya, Bh. Seshadri // Energy Procedia. - 2013. -Vol. 33. - P. 311-321.Komilov A. Study of the possibility of use of a-Si:H solar elements in photovoltaic thermal converters. Applied Solar Energy, 2015;51(2):140-143.Киселева, С.В. Оценка эффективности фотоэлектрических станций в климатических условиях Кыргызстана / С.В. Киселева [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). - 2015. - № 1. - С. 14-25.Tripanagnostopoulos Y., Nousia Th., Souliotis M., Yianoulis P. Hybrid photovoltaic/thermal solar systems. Solar Energy, 2002;72(3):217-34.Emery, K. Temperature dependence of photo-voltaic cells, modules and systems / K. Emery [et al.] // In: 25th IEEE photovoltaic specialists conference. IEEE, 1996. - P. 1275-1278.Singh P., Ravindra N.M. Temperature dependence of solar cell performance-an analysis. Solar Energy Materials & Solar Cells, 2012;101:36-45.Griffith, J.S. Some tests of flat plate photovoltaic module cell temperatures in simulated field conditions / J.S. Griffith, N.S. Rathod, J. Paslaski // Proc. 15th IEEE Photovoltaic Specialists Conf., Kissimmee, FL, 1981. - P. 822-830.Bashkirov S.A., Kondrotas R., Gremenok V.F., Yushkenas R.L., Tyukhov I.I. Cu2ZnSn(S,Se)4 thin films for third-generation solar cells (Tonkie plenki Cu2ZnSn(S,Se)4 dlya ispol'zovaniya v solnechnyh elementah tret'ego pokoleniya). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2016;(15-18):31-53 (in Russ.).Tursunov, M.N. The Influence of Convective Heat Exchange on the Temperature of a Solarvoltaic Array / M.N. Tursunov [et al.] // Applied Solar Energy. - 2014. - Vol. 50. - No. 4. - P. 236-237.Komilov A. Questions of Simplifying the Methods of Testing Photoconverters Based on Cu(In,Ga)Se. Part 1: A Basis for Mathematical Modeling of the Current-Voltage Characteristics. Applied Solar Energy, 2018;54(1): 1-3.Karimov, A.V. Features of the temperature properties of a field-effect transistor in a current-limiting mode / A.V. Karimov [et al.] // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. - 2013. - Vol. 86. - No. 1. - P. 248-254.Karimov A.V., Yodgorova D.M., Abdulhaev O.A., Kamanov B.M., Turaev A.A. Features of the temperature properties of a field-effect transistor in a currentlimiting mode. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2013;86(1):248-254.Mirsagatov, Sh.A. Injection Photodiode Based on an n-CdS/p-CdTe Heterostructure / Sh.A. Mirsagatov, R.R. Kabulov, M.A. Makhmudov // Semiconduct ors. - 2013. - Vol. 47. - No. 6. - P. 825-830; DOI: 10.1134/S106378261306016X.Mirsagatov Sh. A., Kabulov R. R., Makhmudov M. A. Injection Photodiode Based on an n-CdS/p-CdTe Heterostructure. Semiconductors. 2013;47(6):825-830; DOI:10.1134/S106378261306016X.Kobulov, R.R. Morphology and Photoelectric Characteristics of the Thin-Films Polycrystalline Structure SnO2-CdS/Cu(InGa)Se2-Ag / R.R. Kobulov, N.A. Matchanov, A.K. Ataboev // Applied Solar Energy. - 2018. - Vol. 54. - No 2. - P. 91-94.Kobulov R.R., Matchanov N.A., Ataboev A.K. Morphology and Photoelectric Characteristics of the Thin-Films Polycrystalline Structure SnO2-CdS/Cu(InGa)Se2-Ag. Applied Solar Energy, 2018;54(2):91-94.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.