Лабораторные измерения по определению температурных коэффициентов фотоэлектрических модулей на новой установке

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.

1. Sample, 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. Tripanagnostopoulos, Y. Hybrid photovol- taic/thermal solar systems / Y. Tripanagnostopoulos [et al.] // Solar Energy. - 2002. - Vol. 72. - No. 3. - P. 217-234.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. Shockley, W. The theory of p-n junctions in semiconductors and p-n junction transistors / W. Shockley // Bell Syst. Tech. - 1948. - J 435-489.

15. Dubey, 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.