Електрически характеристики на ток-напрежението на слънчевата батерия

характеристики

Фигура 1.3 - Волт-амперна характеристика на фотоклетката

Важни моменти от характеристиката ток-напрежение, които характеризират соларния модул:

Соларният модул може да работи при произволна комбинация от напрежение и ток, разположена на неговата ток-напреженова характеристика (CVC). В действителност обаче модулът работи в даден момент в даден момент. Тази точка не се избира от модула, а от електрическите характеристики на веригата, към която е свързан този модул (или слънчева решетка).

Напрежението, при което токът е 0, се наричанапрежение на отворена верига (Voc). От друга страна, токът, при който напрежението е 0, се наричаток на късо съединение (Isc). В тези крайни I-V точки мощността на модула е 0. На практика системата работи при комбинация от ток и напрежение, когато се генерира достатъчно мощност. По-добра комбинация се наричаТочка за максимална мощност (TMP или MPP). Съответното напрежение и ток са посочени катоVp (номинално напрежение) иIp (номинален ток). Именно за тази точка се определя номиналната мощност и ефективност на соларния модул.

При директно свързване на соларния модул към батерията, модулът работи на напрежение, равно на напрежението на батерията в момента. Тъй като батерията се зарежда, нейното напрежение се увеличава, така че модулът може да работи в диапазона на напрежението от 10 до 14,5 V (по-нататък се използват напреженията за модула с номинално напрежение 12 V. За модули с номинално напрежение 24 V стойностите на напрежението трябва да се умножат по 2). Съответно работната му точка може да е доста далеч от оптималната.

Списък на оборудването, използвано в експериментите

Количеството оборудване от определен тип, използвано в конкретни експерименти, е дадено в таблица 1.

Тип хардуерНомер на експеримента
1.11.21.31.41.51.61.72.12.2
224.2
2316.4
2317.1
2331.1

Таблица 2 - Списък на оборудването

ОбозначаванеИмеТипНастроики
G1захранващ агрегат224.2

220V/6AA1Блок PV модул2317.112V/4,8WA2Източник на светлина2331.12 прожектора

220V/ 300WA3Товар и мерна единица15 V/ 0,5 A/ 5 WP1Мултиметър блок3 мултиметъра 0…1000 V; 0…10 A; 0…20 MΩ

Инструкции за безопасност

Инструкциите за безопасност при извършване на лабораторни работи са дадени в Приложение А.

Инструкции за експеримент

• Уверете се, че устройствата, използвани в експеримента, са изключени от захранването.

• Свържете оборудването според електрическата схема, показана на фиг. 1.4.

• Завъртете копчето за настройка "DIMENSION CONTROL" на захранването G1 обратно на часовниковата стрелка до упор (с щракване).

• Завъртете регулиращата ръкохватка “LOAD” на единицата за измерване на товара и AZ обратно на часовниковата стрелка, докато спре.

• Инсталирайте фотоволтаичния модул под ъгъл от 90 градуса спрямо падащите светлинни лъчи.

• Включете устройствотозащитно изключване и прекъсвачи на захранването G1.

• Включете превключвателя "MAINS" на мултицетния модул P1 и модула за измерване и натоварване P2.

• Активирайте блоковите мултиметри P1, включени в експеримента.

• Чрез завъртане на копчето за регулиране “LIGHT CONTROL” на захранващия блок G1, използвайте волтметър, за да настроите мрежовото напрежение, съответстващо на енергийната осветеност E равно на например 400 W/m 2 и наблюдавайте постоянството му по време на експеримента.

• Превключете блоковия мултицет P1 със свързаната термодвойка към режим на измерване на температурата.

• Докато наблюдавате температурата на повърхността T на фотоволтаичния модул с мултицет, изчакайте (7,10 минути), докато се установи и я фиксирайте.

• Чрез завъртане на копчето за настройка „LOAD” на блока за измерване на товара и AZ променяте тока на натоварване I на фотоволтаичния модул на блок A1 и въвеждате показанията на амперметъра (ток I) и волтметъра (напрежение U на фотоволтаичния модул на блок A1) в Таблица 1.1.

аз, а
У, Б

• В същото време се уверете, че измервате тока I и напрежението U при максимална изходна мощност от фотоволтаичния модул, който се контролира от ватметъра на модула за измерване на товара и AC.

• В края на експеримента завъртете копчето за регулиране "LIGHT CONTROL" на G1 захранването обратно на часовниковата стрелка, докато спре (с щракване). Изключете прекъсвачите на захранването G1. Изключете превключвателите "NETWORK" на мултиметъра P1 и модула за измерване на товара и AZ.

• Използване на резултатите от табл. 1.1, изградете желаната характеристика ток-напрежение на фотоволтаичния модул U \u003d f (I) при E \u003d const и T \u003d const.

Подаване на сигнал за съдържание

Докладът трябва да съдържа:

  • кратка теоретична информация;
  • описание на използваното оборудване и материали;
  • ред на работа;
  • изчисляване и обработка на резултати, чертане;

характеристики

Фигура 1.4 - Схема на електрически връзки

Тестови въпроси

1. Формулирайте целта на лабораторната работа и обяснете как се постига целта.

2. Назовете основните елементи на лабораторния стенд и обяснете предназначението им.

3. Конструкция на слънчевата клетка.

4. Какво се нарича соларен модул? Какви са основните видове модули?

5. Каква е характеристиката ток-напрежение (CVC) на слънчевата клетка?

1. Правила за техническа експлоатация на потребителски електрически инсталации. - М.: Енергосервис, 2003. - 162 с.

2. Нетрадиционни и възобновяеми енергийни източници: Учебник /, Сибикин Ю.Д., Сибикин Ю.Д. М.: IP RadioSoft, 2009. 232 с.

Интернет ресурси:

1. Електронен образователен ресурс [Електронен ресурс]. Режим на достъп: http://www.edu.ru/

2. Електронна библиотека [Електронен ресурс]. Режим на достъп: http://www.elibrari.ru/

3. Университетска библиотека онлайн [Електронен ресурс]. Режим на достъп: http://www.biblioclub.ru/

4. Електронна библиотека с техническа литература [Електронен ресурс]. Режим на достъп: http://www.tehlit.ru/

Лаборатория #2

Премахване на енергийната характеристика на фотоволтаичния модул P=f(U)

Цел: изследване на оборудването, използвано при експериментите, отстраняване и изграждане на енергийната характеристика на фотоволтаичния модул Р=f(I).

Компетентности, които трябва да се формират:

ОПК-2способност за прилагане на подходящ физически и математически апарат,методи за анализ и моделиране, теоретични и експериментални изследвания при решаване на професионални проблеми
ППК-1готовност за осигуряване на необходимите режими и зададени параметри на технологичния процес по зададена методика

Знания и умения, придобити от ученика в резултат на усвояване на темата

Знае

- физически принципи, на които се основава работата на инсталациите за производство на нетрадиционни видове енергия;

- типични електротехнологични процеси на преобразуване на енергия;

- видове енергия, които могат да се използват;

Може :

- работа със справочна литература, отразяваща характеристиките на материалите;

- въвеждане на електротехнологични методи за преобразуване на нетрадиционни видове енергия;

- Правилна експлоатация на електрически и електроцентрали.

Собственост на:

- методи за оценка на свойствата и методи за избор на материали за проектирани системи

- методи за извършване на изчисления във връзка с използването на електрически и конструктивни материали;

- умения за провеждане на стандартни изпитвания и входящ контрол на материали и компоненти на електроенергийното и електрообзавеждането

Теоретична част

Характеристики на слънчевите клетки

• Напрежението на отворена верига е максималното напрежение, произведено от соларната клетка при нулев ток (Фигура 1.7). То е равно на предното отклонение, съответстващо на промяната на напрежението на преходаp–n, когато се появи светлинният ток. Напрежението на отворена верига обикновено се означава сxxили . Напрежението на отворена верига на висококачествените монокристални слънчеви клетки достига 730mV. В търговските устройства обикновено е на ниво от 600 mV. Напрежението на отворена верига на слънчевата клетка се променя малко с промени в осветеността.

характеристики

Фиг.2.1. Волт-амперна характеристика на слънчевата клетка и напрежение на празен ход

• Токът на късо съединение е токът, протичащ през слънчевата клетка, когато напрежението е нула (т.е. когато слънчевата клетка е в късо съединение) (Фигура 2.2). Токът на късо съединение обикновено се обозначава като 𝐼kz или 𝐼𝑠𝑠. Възниква в резултат на генерирането и отделянето на генерирани от светлина носители. В идеална слънчева клетка, подложена на умерени резистивни загуби, тя е равна на светлинния ток. Следователно токът на късо съединение може да се счита за максималния ток, който една слънчева клетка може да създаде. Освен това тя е право пропорционална на интензитета на светлината.

• На практика слънчевата клетка работи с комбинация от ток и напрежение, когато се генерира достатъчно мощност. Най-добрата комбинация от тях се нарича точка на максимална мощност (MPP), съответното напрежение и ток се означават с 𝑈tmm и 𝐼tmm.

• Коефициент на запълване на характеристиката ток-напрежение (CVC) на соларната клетка (коефициент на запълване,FF). Токът на късо съединение и напрежението на отворена верига са максималните ток и напрежение, които могат да бъдат получени от слънчева клетка. Въпреки това, при напрежение на отворена верига и ток на късо съединение, мощността на слънчевата клетка е 0.

ток-напрежението

Коефициентът на запълване е параметър, който в комбинация с напрежението на отворена верига и тока на късо съединение определя максималната мощност на слънчевата клетка. Изчислява се като съотношението на максималната мощност на слънчевата клетка към произведението на напрежението на празен ход и тока на късо съединение:

където 𝑈ТММ е напрежението в точката на максимална мощност (ТММ), V; 𝐼ТММ – ток в ТММ, A; 𝑈хх – напрежение на празен ход, V; 𝐼kz - ток на късо съединение, A.

Графично, коефициентът на запълване е мярка за правоъгълността на слънчева клетка и е равен на максималната площ на правоъгълник, който може да бъде вписан в кривата ток-напрежение (фиг. 1.9).

Тъй като работният цикъл е мярка за правоъгълността на кривата ток-напрежение, слънчева клетка с по-високо напрежение също ще има по-висок възможен работен цикъл, тъй като заоблената част от кривата заема по-малко място. Коефициентът на запълване CVC е един от основните параметри, по които може да се прецени качеството на фотоелектрическия преобразувател. Типичните висококачествени налични в търговската мрежа слънчеви клетки имат C-V характеристика по-голяма от 0,7. Дефектните елементи имат коефициент на запълване на CVC от 0,4 до 0,65. За аморфни елементи и други тънкослойни фотоелектрически преобразуватели работният цикъл е 0,4–0,7. Колкото по-голяма е I–V характеристиката, толкова по-малки са загубите в елемента поради вътрешно съпротивление.

По време на производството всяка слънчева клетка се тества и се измерва нейната характеристика ток-напрежение и работен цикъл. Ако последният е по-малък от 0,7, тогава елементът се класифицира като клас B и се продава на супер евтини производители на панели, които трябва да уведомят купувачите за ниското качество на елементите.

• Коефициентът на производителност (COP) е най-често срещаният параметър, чрез който може да се сравни производителността на две соларни клетки. Определя се като съотношението на мощността, генерирана от слънчевата клетка, към мощността на падащата слънчева радиация. В допълнение към действителната производителност на слънчевата клетка, ефективносттасъщо зависи от спектъра и интензитета на падащата слънчева радиация и температурата на слънчевата клетка. Следователно, за да се сравнят две слънчеви клетки, трябва внимателно да се следват приетите стандартни условия. Ефективността на слънчевата клетка се определя като част от падащата енергия, преобразувана в електричество [3]:

къдетоPmax е максималната мощност на соларната клетка, W, изчислена по формулата Рmax = Utmm ∙ Itmm = FF ∙ Ikz ∙ Uхх, къдетоUtmm е напрежението в точката на максимална мощност, V; Itmm - ток в точката на максимална мощност, A; FF е коефициентът на запълване на характеристиката ток-напрежение; Ikz - ток на късо съединение, A; Uхх – напрежение на празен ход, V.

Pfall – мощност на падащата слънчева радиация, W.